Палуба подводной лодки. Проектирование корпусов подводных лодок. Учебное пособие

Подписаться
Вступай в сообщество «export40.ru»!
ВКонтакте:

Лекция № 1 Конструкция корпуса подводной лодки

Учебная цель лекции : ознакомить слушателей с особенностями конструктивного исполнения подводных лодок

Учебные вопросы лекции:

1. Классификация корпусов ПЛ и особенности их архитектуры.

2. Классификация корабельных конструкций.

3. Элементы корпуса подводной лодки.

4. Эволюция конструктивного исполнения корпусов ПЛ.

5. Примеры архитектурно-конструктивных типов ПЛ.

Литература.

1. Конспект лекции.

2. Презентация лекции.

Классификация корпусов ПЛ и особенности их архитектуры.

Конструкция корпуса подводных лодок имеет специфические особенности, обусловленные плаванием подводных лодок в воде на значительных глубинах, оказывающих большое давление на корпус.
Основными расчетными параметрами подводных лодок принимают:

а) рабочую, или оперативную, глубину - наибольшую глубину, на которую подводные лодки погружаются при эксплуатации;

б) расчетную, или разрушающую глубину, соответствующую гидростатическому давлению, которое принимается в расчетах прочности корпусных элементов;

в) испытательную, или предельную, глубину погружения. На эту глубину, несколько превышающую рабочую, подводные лодки погружаются во время проведения сдаточных испытаний;

г) прочный корпус подводных лодок рассчитывается на усталостную прочность с числом циклов «погружения-всплытия», равным 10 000- 30 000.

Отношение расчетной глубины погружения к рабочей в называется коэффициентом запаса прочности (безопасности).

Коэффициент безопасности компенсирует возможные неточности при сложных расчетах и ряд принятых допущений. Коэффициент запаса прочности выбирается таким, чтобы в случае провала в глубину на полной скорости лодка не могла бы превысить расчетную глубину погружения. При проектировании современных боевых подводных лодок коэффициент запаса прочности принимается в пределах 1,5 – 2,0.

Основными элементами конструкции ПЛ являются прочный и легкий корпус. Современные подводные корабли могут выполняться однокорпусными, полуторакорпусными, двухкорпусными и многокорпусными.



Однокорпусные : цистерны главного балласта (ЦГБ) нахо-дятся внутри прочного корпуса. Лёгкий корпус только в оконеч-ностях. Элементы набора, по-добно надводному кораблю, находятся внутри прочного корпуса.

Достоинства : экономия размеров и веса, соответственно меньшие потребные мощности главных механизмов, лучшая подводная маневренность.

Недостатки : уязвимость прочного корпуса, малый запас плавучести, необходимость выполнять ЦГБ прочными.


Двухкорпусные (ЦГБ внутри лёгкого корпуса, лёг-кий корпус полностью зак-рывает прочный): у двухкор-пусных ПЛ элементы набо-ра обычно находятся снару-жи прочного корпуса, чтобы сэкономить место внутри.
Достоинства: повышенный запас плавучести, более живучая конструкция.
Недостатки: увеличение размеров и веса, усложнение балластных систем, меньшая маневренность, в том числе при погружении и всплытии.


Полуторакорпусные : (ЦГБ внутри лёгкого корпуса, лёгкий корпус частично закрывает прочный).

Достоинства полуторакорпусных ПЛ: хорошая маневренность, сокращенное время погружения при достаточно высокой живучести.

Недостатки: меньший запас плавучести, необходимость помещать больше систем в прочный корпус.

Многокорпусные (несколько прочных корпусов внутри одного лёгкого): такая конструкция нетипична. Известны проекты «Долфейн» (Нидерланды), имеющий три прочных корпуса внутри одного лёгкого, и проект 941 («Акула», СССР), имеющие два основных прочных корпуса и три соединяющих их отсека внутри одного лёгкого корпуса.


Основным элементом конструкции подводного корабля является его прочный корпус, представляющий собою соединение круговых цилиндров или конических колец оболочки, называемых обечайками, подкрепленных поперечными ребрами жесткости - шпангоутами. В подводном кораблестроении нашли применение также прочные корпуса с поперечными сечениями, имеющими вид овала и вертикальной или горизонтальной «восьмерки».

Шпангоуты прочного корпуса имеют в сечении вид таврового профиля и поставлены внутри или снаружи корпуса. Наружный набор улучшает условия использования внутренних объемов и выполняет одновременно роль набора легкого корпуса. Для однокорпусных конструкций обычно применяют внутренние, а для двухкорпусных - наружные шпангоуты.


Прочный корпус состоит из обшивки, набора, переборок. Обшивка в продольном сечении может иметь следующие формы:

1. Лекальная форма обводов выполняется очень редко, так как требу-

ется очень сложная технология:


2. Составная из трех участков, из которых центральный представляет

собой круговой цилиндр, а концевые - усеченные круговые кону-сы с наклонной осью:

3. Составной корпус, состоящий из центрального кругового цилиндра

и концевых круговых конусов с прямыми осями:

4. Сочетание конических концевых участков с цилиндром и цили-

ндром с восьми образным поперечным сечением:


5. Комбинация цилиндрических и конических оболочек для ПЛ

комбинированной конструктивной формы

Переборки прочного корпуса подводной лодки выполняют следующие функции:

1. обеспечивают непроницаемость и прочность корпуса;

2. выгораживают отсеки-убежища;

3. обеспечивают надводную непотопляемость;

4. являются опорами обшивки прочного корпуса;

5. служат для лучшей организации внутреннего пространства.

Классификация переборок прочного корпуса


Легкие обеспечивают надводную непотопляемость, прочные выго-

раживают отсеки убежища, равнопрочными прочному корпусу должны быть концевые переборки.

Концевые переборки, установленные в носовой и кормовой части

прочного корпуса могут быть плоскими и сферическими. В свою очередь сферические переборки бывают выпуклыми и вогнутыми. Наружное расположение выпуклости имеет следующие свои преимущества и недостатки. К положительным относится увеличение внутреннего объема и плавучести, к отрицательным – переборка работает на сжатие, а следовательно, необходимо предусматривать меры по обеспечению ее устойчивости. У вогнутой переборки недостатком является потеря части объема, но ввиду того, что полотно переборки работает на растяжение, обеспечить ее прочность легче, чем устойчивость выпуклой сферической переборки. Отрицательным свойством вогнутой переборки является ее стремление прогнутся во внутрь, тем самым уменьшить опорный контур оболочки, за счет чего возникают изгибные деформации и соответствующие моменты и усилия. Прочные плоские переборки, которыми выгораживают отсеки - убежища, рассчитывают на глубину с которой возможно спасение экипажа.

Отсеки ПЛ по высоте разделяются настилами палуб на отдельные помещения. Количество настилов зависит от диаметра прочного корпуса ПЛ и размещения оборудования в отсеке. В зависимости от предъявляемых требований настилы могут быть непроницаемые и проницаемые. В районах установки судовой арматуры, трубопроводов, отдельных механизмов, и в трюмах устанавливаются съемные настилы. Непроницаемые настилы разделяют отсеки на отдельные помещения по вертикали и обеспечивают герметичность между этими помещениями только для обеспечения надводной непотопляемости.


Для сообщения между верхними и нижними помещениями в каждом настиле предусматривается, как минимум, два люка, располагаемые в носовой и кормовой частях отсека. Конструкция люка выбирается равнопрочной с конструкцией настила и должна обеспечивать герметичность.

Подводные лодки типа Щ («Щука») Х серии

Постройка и служба

Место строительства

г. Владивосток «Дальзавод»
г. Ленинград зав. им.А. Марти
г. Николаев зав. им. 61 комуннара
г. Ленинград Балтийский завод
г. Нижний Новгород зав. Красное Сормово

Общие данные

«Поводные лодки типа «Щ» серии Х» - серия советских подводных лодок . Построены в 1934-1939 гг. на заводах: «Дальзавод», зав. им. А. Марти, зав. им. 61 комуннара, «Балтийский завод», «Красное Сормово». Состояли на службе: Тихоокеанского , Черноморского , Балтийского , Северного флотов ВМФ СССР. Активно использовались во Второй мировой войне . 31 из 32 построенных подводных лодок потеряны в годы войны.

История создания

Главные изменения и переработки подводных лодок типа «Щука» серии Х:

  • В очередной раз переработали теоретический чертёж и форму рубки, что подняло скорость надводного хода на 0,5 узлов и улучшило мореходность ;
  • Кормовую переборку II отсека сделали ступенчатой, что позволило хранить торпеды с присоединенными боевыми зарядными отделениями (БЗО) ;
  • Переделали торпедопогрузочное устройство, чем с одной стороны уменьшили загромождённость отсеков, а с другой уменьшили время погрузки до 12 часов, против 25-30 ранее ;
  • Переборки центрального поста усилили до давления 6 кг/см’ ;
  • Цистерны главного балласта №3 и 4 приспособили для приёма топлива;
  • Передачу электромотора экономического хода изменили с шестерёнчатой на ременную, сделавшую работу передачи бесшумной ;
  • Электродвигатели носовых и кормовых горизонтальных рулей перенесли в концевые отсеки, оставив в центральном посту только ручное управление;
  • Система продувания главного балласта выхлопными газами дизелей стала штатной;
  • Были установлены новые дизеля марки 38К8 мощностью 800 л.с., что позволило поднять надводную скорость до 14,1 - 14,3 узлов ;
  • Для борьбы с крутильными колебаниями на линии гребного вала заменили фрикционную муфту гидравлической «БД-800/600», но эффект от этого оказался ограниченным (осталась одна запретная зона) ;
  • Система воздуха высокого давления была коренным образом изменена;
  • Аварийное продувание главного балласта стало производиться воздухом высокого давления от распределительных колонок. Время всплытия сократилось с 10 до 3 минут, исчезли крены ;
  • Установили опреснитель производительностью 40 литров в час ;
  • Конструкцию глушителя изменили, уменьшив демаскирующее «парение» ;
  • В систему регенерации воздуха добавили кислородную магистраль, что улучшило её работу ;
  • Часть лодок оснащалась сетепрорезателями «Краб», отдельные имели итальянские командирские перископы фирмы «Галилео» типа OG-492, с электрическим подъёмным устройством винтового типа.
  • Работу тросовых лебёдок удалось сделать менее шумной ;
  • Ограждение носовых горизонтальных рулей сделали сплошным по всему периметру.

Строительство

Заводы на которых строились ПЛ серии Х

  • ленинградские Балтийский им. С. Орджоникидзе(№189)
  • Северная верфь им. А. Жданова (№190)
  • им. А. Марти(№194)
  • горьковский «Красное Сормово» (№112)
  • николаевский им. 61 Коммунара(№200)
  • владивостокский «Даль-завод» им. Ворошилова (№202)
  • Коломенский машиностроительный заводим. В. Куйбышева

Сормовские лодки строились не на стапелях , а в так называемых «судоя-мах», из которых готовые корабли выводились посредством налива воды. Для приёмки их переводили в транспортных доках по внутренним водным путям на Балтийское море.

Как уже упоминалось ранее, конструкция была приспособлена к перевозке по железной дороге на транспортёрах в виде восьми секций прочного корпуса, прочие части перевозились отдельно. Подводные лодки типа «1_Ц» предназначались для всех флотов страны.

В сентябре 1934 года при присвоении подводным лодкам тактических номеров для всех «щук» предусматривалась литера «Щ» с добавлением трехзначного номера, первая цифра которого обозначала принадлежность к флоту:

К тому времени проект, первоначально предназначавшийся только для закрытого морского театра, стал прототипом для большой серии подлодок.

Испытания

Описание конструкции

Испытания подводных лодок типа «Щука» серии Х проходило в три этапа:

  • Первый этап

он проходил на стапеле - наливом воды сначала в концевые отсеки (расчётное давление 2 атм), затем в центральный пост (6 атм). Затем весь корпус проверялся давлением 9 атм, при открытых дверях и горловинах цистерн. Последние отдельно проверялись гидравлическим и воздушным давлением.

  • Второй этап

Второе испытание делалось на лодке после спуска на воду посредством воздуха.

  • Третий этап

Последнее испытание делалось на полностью построенном корабле, погружением на предельную глубину 90 м, причём пропуск воды допускался только через сальники, поджатием которых он и должен был устраняться.

Корпус

  • Конструкция целостного корпуса:

Прочный корпус выполнялся из листов стали толщиной 13,5 мм, наложенных в продольном направлении,соединенных по пазам внакрой и отфланжированных кромками, а по стыкам соединенных ординарными планками. По пазам был принят трехрядный шахматный заклёпочный шов, по стыкам - двухрядный.

С носа и с кормы он был ограничен плоскими водонепроницаемыми переборками клепаной конструкции. Переборки 14 и 15 шпангоутов образовывали носовую дифферентную цистерну, а переборки 73 и 75 - кормовую дифферентную цистерну. Трубы торпедных аппаратов связывались с переборками дифферентных цистерн и составляли часть конструкции прочного корпуса.

Обделочные угольники заклёпывались как к обшивке прочного корпуса, так и к переборкам, крепление балок к обшивке прочного корпуса было сделано на сварке. Листы переборки выше и ниже горизонтальной балки подкреплялись вертикальными сварными стойками. На каждой плоской переборке имелись водонепроницаемые двери сварной конструкции. Каждая дверь снабжалась толстым стеклянным глазком и клиновым затвором, обеспечивающим быстроту закрывания двери на случай аварии.Для окончательного поджатия двери снабжались с обеих сторон задрайками, обычного судового типа. Герметичность дверей и горловины достигалась плоской резиной, удерживаемой планками по периметру двери.

Схемы общего расположения подводных лодок X серии

  • Съёмные части корпуса

Прочный корпус имел следующие съёмные листы для погрузки: торпедных аппаратов, компрессора,дизелей,гребных электродвигателей. Все съемные листы имели толщину 13,5 мм и прикреплялись к прочному корпусу двухрядным шахматным швом на заклепках с конической головкой, заклепываемой снаружи впотай. Исключение составлял съемный лист для погрузки аккумуляторов, который крепился к прочному корпусу на болтах.

  • Рубка подводной лодки

Прочная рубка выполнялась в виде прямого кругового цилиндра с внутренним диаметром 1700 мм. Высота рубки без крыши 2225 мм. Корпус рубки сделан из двух листов толщиной 12 мм, соединенных между собой угольниками с прокладками между ними из парусины на сурике. Корпус рубки крепился к прочному корпусу угольником. Крыша рубки - сферическая с радиусом сферы 1770 мм из листов толщиной 16 мм.

В ней имелось отверстие диаметром 650 мм для комингса входного люка. Вся рубка выполнена из маломагнитной стали.В целях уменьшения сопротивления воды при подводном ходе прочная рубка имела легкое ограждение, которое одновременно служило ограждением для двух шахт лодочной вентиляции, тумб обоих перископов, фундаментов 45-мм полуавтоматов и вводов радиоантенн.

  • Внешняя конструкция подводной лодки

Толщина бортовых листов и верхней палубы надстройки 3 мм.С левого борта между находился клюз надводного якоря, форма которого соответствовала форме надводного якоря Холла. На верхней палубе, там, где это необходимо (в районе расположения шпиля, торпедопогрузочного люка, шлюпки и т. д.), ставились откидные листы, выполненные из листов толщиной 8 мм на шарнирах и закрывающиеся при помощи задраек.

Волнорезные щиты носовых торпедных аппаратов имели длину: верхние 3040 мм, нижние 2790 мм; наибольшая ширина их 710 мм. Щиты были сделаны из листов толщиной 8 мм. По опыту плавания подводных лодок в свежую погоду до 9 баллов) и в битом льду произведено дополнительное подкрепление волнорезных щитов угольниками на сварке. Волнорезные щиты кормовых торпедных аппаратов имели длину 2795 мм, наибольшую ширину 710 мм.

  • Толщина элементов подводной лодки в ММ.
  1. Толщина листов переборок - 16 мм;
  2. Толщина всех листов переборки и горизонтальной балки - 11 мм;
  3. Водонепроницаемые двери сварной конструкции из листов толщиной - 8 мм и 10 мм с давлением в 2 атм и 6 атм;
  4. Размер дверей в свету - 500 на 650 мм;
  5. Cъёмные листы имели толщину - 13,5 мм;
  6. Толщина бортовых листов и верхней палубы надстройки - 3 мм;
  7. Щиты были сделаны из листов толщиной - 8 мм.

Энергетическая установка и ходовые качества

  • Дизельный двигатель

На подводных лодках, начиная с X серии, устанавливались двигатели марки 38-К-8 мощностью 800 л.с. при 600 об/мин и диаметре цилиндра 300 мм. Подача топлива в цилиндры двигателей осуществлялась шестеренчатыми насосами,напор в магистрали создавался либо циркуляционными насосами дизелей, либо самотеком от машинного кингстона. В систему топливопровода входили трубопровод приема топлива, трубопровод замещения и трубопровод подачи топлива. Отвод отработанных газов осуществлялся с помощью глушителя.

  • Электродвигатель

Главные гребные электродвигатели служили для следующих целей: работа на винт, в качестве генераторов на зарядку аккумуляторной батареи, на вращение дизелей при продувании балласта. Электродвигатели постоянного тока, марки ПГВ, шунтовые, одноякорные, защищенного типа, с независимым возбуждением, с дополнительными полюсами, реверсивные, с искусственной вентиляцией и воздухоохладителями, часовой мощностью 400 л.с. и числом оборотов 450 об/мин.

Изготавливались на заводе «Электросила» в Ленинграде. Напряжение на зажимах изменялось от 55 В (экономический ход) до 195-205 В, причем изменение мощности электродвигателей достигается путем переключения двух аккумуляторных групп и при помощи регулировочного реостата.

Предусматривались следующие варианты переключений :

  1. обе группы аккумуляторной батареи соединены последовательно, напряжение на зажимах каждого электродвигателя равно 195-205 В;
  2. обе группы аккумуляторной батареи соединены параллельно; напряжение на зажимах каждого электродвигателя равно 110 В;
  3. путем использования дополнительных устройств на главной станции можно получать питание с половины группы аккумуляторной батареи при напряжении 55 В.

Время зарядки: из полностью разряженного состояния 12-14 часов, из среднеразряженного 9 часов.

Экипаж и обитаемость

Экипаж «Щук» состоял из семи офицеров, шести старшин групп и двадцати пяти старшин - командиров отделений и рядовых.

  • Для личного состава устроены:
  1. Одноместная каюта для командира лодки;
  2. кают-компания;
  3. легкосъемные койки - 30 штук;
  4. во всех отсеках судовая вдувная и вытяжная вентиляция;
  5. закрытие корпуса в жилых отсеках листами пробки для предохранения от отпотевания;
  6. постоянные и переносные электрогрелки;
  7. трубопровод парового отопления, питаемый с береговой базы для поддержания температуры в отсеках при закрытых люках не ниже +14”С при наружной температуре до -20°С;
  8. цистерны пресной воды с трубопроводом и ручными помпами Гарда;
  9. электрокамбуз для варки пищи;
  10. электропосуда;
  11. два пневматических подводных гальюна и один надводный в ограждении рубки;
  12. душевой трубопровод в ограждении рубки.
  • Вентиляция в подводной лодке

Для вентиляции внутреннего пространства лодки служили 10 электровентиляторов: 1 вдувной, 7 вытяжных, 2 вытяжных аккумуляторной батареи. Очистка воздуха производилась посредством 9 машинок регенерации со специальными патронами РВ-2 (по шесть на машинку), наполненными каустической содой. Нормальный запас патронов колебался от 900 до 1920 штук.

Кроме того, для поддержания необходимого уровня содержания кислорода в воздухе имелась специальная система, включавшая 12 стальных баллонов ёмкостью 38-40 литров (три группы) со сжатым до 150 атм кислородом.Наибольшее время непрерывного пребывания под водой с полным использованием всей системы регенерации - 72 часа, без использования - 12 часов.

  • Спасение при потоплении

Для выхода личного состава из затонувшей подводной лодки на ней были оборудованы шлюзовые люки, тубусы и спасательная рубка, предусматривалась также возможность выхода через торпедные аппараты. По числу личного состава на подводной лодке имелись запасные индивидуальные спасательные приборы с костюмами.

Подводная лодка типа «Щ» обладала автономностью в 20 суток при нормальном запасе продовольствия, топлива, масла, пресной и дистиллированной воды, нормальном количестве запасных частей и расходного технического имущества. Обитаемость подводных лодок типа «Щука» по меркам того времени считалась вполне удовлетворительной в любое время года.

Вооружение

Главное вооружение субмарины - шесть (4 носовых, 2 кормовых) стальных 533-мм торпедных аппаратов, установленных в плоскостях, параллельных диаметральной. Полная длина аппарата -7520 мм, внутренний диаметр трубы по направляющим - 536 мм. Расстояние между осями носовых аппаратов 1350 мм, кормовых - 1240 мм. Стрельба из аппаратов производилась сжатым воздухом. Число торпед - 10: четыре в носовых торпедных аппаратах, две в кормовых и четыре запасных во II отсеке.Время погрузки торпед 4,5-5 часов, подготовки второго залпа от 3 часов 20 минут до 4 часов.

Использование ненадежных торпед 53-27 было запрещено с начала войны, но в течение первой летней кампании несколько таких изделий все-таки было выпущено. Основным типом применявшихся торпед были 53-38 или 53-38У, которые могли приниматься «Щуками» , начиная с X серии. Тем не менее, сворачивание производства торпед в военные годы, заставило в ходе боевых действий обратить внимание на торпеды 45-см калибра.

Средства связи, обнаружения, вспомогательное оборудование

  • Перископы

Подводные лодки типа «Щ» оснащались двумя перископами: командирским и зенитным, которые имели длину 7,5 м. Высота от ватерлинии соответственно 7,3 м, и 9,45 м. Наблюдение в оба перископа велось только из центрального поста. Подъём и опускание перископов осуществлялось тросами, связанными с электрической лебёдкой, либо вручную.

Погружения, т.к. критическая нагрузка прямо пропорциональна модулю Юнга (Ркр, = п2 EJniin/I - формула Эйлера для стержня). Такими свойствами, например, обладают бериллиевые сплавы, которые имеют Е = 3.2 105 МПа. 3. Высокая пластичность основного материала и шва позволяет получать более надежную конструкцию. 4.Высокая усталостная и динамическая прочность. Погружаясь и всплывая, лодка получает достаточно большое количество циклов нагружения, чтобы возникли трещины усталости. Кроме этого, корпус подводной лодки, в силу ее рода деятельности, может получать значительные динамические воздействия, которые будут вызывать разрушения, если материал корпуса ПЛ не будет обладать высокой динамической прочностью. 5. Высокая коррозионная стойкость и неизменность физических свойств в диапазоне температур, встречавшихся в эксплуатации ПЛ (от - 35°С до 50°С). 6. Технологичность и возможность соединения отдельных элементов. 7.Возможно меньшая немагнитность для создания кораблей с меньшей степенью их-обнаружения радиотехническими средствами. 8.Приемлемая стоимость. Стали. Для изготовления прочных корпусов современных подводных лодок используются низколегированные специальные стали. В американском подводном кораблестроении применяют стали марок НТ и НУ в России стали марки АК. Созданную в USA в 1943 г. низколегированную сталь марки НТ широко использовали при строительстве дизель-электрических и первых атомных подводных лодок. На, новых атомных лодках, прочные корпуса которых изготовлены из сталей марки НУ с ав = 560 МПа, сталь марки НТ применяют для изготовления легких конструкций и фундаментов. Сталь марки НТ, имеющую две модификации НТ-50 и НТ-60 , поставляют на заводы в виде листового и профильного проката в горячекатаном состоянии (небольшой толщины) или после закалки и высокого отпуска. Химический состав и механические свойства сталей приведены в табл. 5.1. Предел текучести листовой стали марки НТ меняется в зависимости от толщины листов. Например, для стали марки НТ-50 он равен 33 - 35 кг/мм при толщине листов 6,4 - 38Д и 29 - 30 кг/мм2 для листов большей толщины. В начале 50-х годов фирма «Юнайтед Стейтс Стил Компании» по заданию ВМС-США разработала новую серию судостроительных сталей марки НУ. Наибольшее распространение при строительстве атомных подводных лодок получила сталь марки НУ-80 (см. табл. 5.1), относящаяся к классу высокопрочных легированных сталей. Судостроительные заводы получают эту сталь в виде листов и катаных профилей в термически улучшенном состоянии. Толщина листов, изменяется в пределах 6,4 - 76,2 мм и кратна 1/16 дюйма. Стоимость 1 кг стали составляет 2-2,5 дол. К концу 1962 г. в США была создана новая высокопрочная сталь марки НУ-100, минимальный предел текучести которой равен 70 кг/мм2. Согласно 71 некоторым сообщениям, эту сталь применили при строительстве экспериментальной глубоководной лодки «Дельфин», а также при изготовлении прочных сферических корпусов глубоководных аппаратов «Алвин», «Дипстар» и пр. В настоящее время в США разработаны более прочные стали: НУ-100 (as = 700 МПа); НУ-130 (cs - 914 кгс/мм2); НУ-150 (вя = 984 кгс/мм2); НУ-180 (ст„ = 1260 МПа) и даже НУ-230 (crs = 1620 кгс/мм2). Применение сталей марки НУ-180 позволит увеличить глубину погружения до 800 -ь 1000 м. Для изготовления отдельных элементов корпусных конструкций, таких как обтекатели приемно-излучающих систем гидроакустических станций, эхолотов и др., применяются различные нержавеющие стали. Широкое распространение получила хромоникелевая сталь марки 304 с cys = 250 МПа. Прочные корпуса английских подводных лодок изготовляют из сталей марок ОТ-28 и ОТ-35, которые несколько уступают новым американским сталям по механическим характеристикам. В отечественных конструкциях прочного корпуса и других высоконагруженных конструкциях в настоящее время применяется сталь АБ2, для наружного корпуса - сталь АБ. Стали D применяются для обтекателей ГАС титановый сплав, нержавеющая сталь и стеклопластик. Алюминиевые сплавы Алюминиевые сплавы в иностранном подводном кораблестроении применяют для изготовления надстроек, ограждений выдвижных устройств и других высокорасположенных корпусных конструкций. Из алюминиево- магниевых сваривающихся легких сплавов выполнены, например, надстройки атомных лодок «Nautilus» и «SeeWolf». Между стальными и алюминиевыми конструкциями установлены изолирующие прокладки. На каждом подводном ракетоносце типа «Джордж Вашингтон» применено 18 – 23 т алюминиевых сплавов. Использование алюминиевых сплавов для изготовления прочных корпусов подводных лодок в США ограничено экспериментальным строительством (алюминиевый сплав марки 7079-Т6 предусмотрен для прочного корпуса научно-исследовательской подводной лодки «Алюминаут»), несмотря на высокую удельную прочность алюминия. Ограничение вызвано главным образом плохой свариваемостью алюминиевых сплавов, склонностью их к хрупким разрушениям и низкой взрывостойкостью несварных (болновых, клепанных и клеевых) соединений конструкций прочного корпуса, а также сравнительно высокой стоимостью (в 6 – 8 раз превышающей стоимость стали НУ-80). Титановые сплавы Титановые сплавы считаются перспективным материалом для создания прочных корпусов ПЛ. Механические характеристики близки к механическим характеристикам лучших судостроительных сталей (σs = 600 – 800 МПД) и есть предположение, что будут использоваться титановые сплавы с σs = 1000 МПа. В то же время эти сплавы имеют маленький удельный вес (4,5 г/см). Сплавы титана немагнитные и коррозионно стойкие 72 в морской воде. В России впервые была построена лодка из титановых сплавов АПЛ «Ленинский Комсомолец», которая потонула и легла на глубине 2000 м в Атлантики. Выполнена проектная проработка экспериментальной подводной лодки, прочный корпус которой предполагается изготовить из титанового сплава, с пределом текучести 84 кг/мм2. Расчетная глубина погружения лодки 2440. м. Одновременно в США была начата подготовка к разработке сверхмалой подводной лодки с титановым корпусом длиной 4,8 м. 73 Таблица 2 Химический состав и механические свойства листовых сталей, применяемых в подводном кораблестроении в США и России Содержание легирующих элементов Марка σS, σb, δ, Ψ, Примечания стали С Si Mn S P Cr Ni Cи Мо Н/мм 2 Н/мм 2 % % MS 0.12 0,03 0,98 0,017 0,012 0,05 0,06 0,14 0,01 287 426 32.2 - Легкий корпус НТ-50 <0,18 <0,3 <1,3 0,011 0,018 0,07 0,07 0,14 0,02 356 538 28,3 - 0.01%. Ti НТ-60 <0,18 5 01,3 0,014 0,021 0,08 0,07 0,11 0,01 413 603 - - 0,01 %Ti НУ-80 0,16 <0,4 0,30 0,020 0,015 1,15 2,85 - 0,45 618 750 24 69 Для стали 3 1,8 - 76 мм НУ- 100 0,17 0,20 0,30 0,020 0,020 1,55 2,85 0.2 0,45 700 - 840 895 20 70 Для стали 50,8 мм HY-130 0,10 0,20 0,75 0,004 0,007 0,58 4,93 - 0,48 1050 1120 16 60 50мм HY-230 0,025 0,23 0,05 - - - 18,6 - 4,6 1616 1686 10 40 проект АБ 390 510-690 20 - наружный корпус АБ2 588-686 >637 18 25 прочный корпус АБ2ПК 588 637-834 - 50 прочный корпус D 235 400-490 22 - Для надстройки ЮЗ 392-657 >608 >30 - Для стабилизаторов 74 6. ПРОЧНЫЙ КОРПУС ПОДВОДНЫХ ЛОДОК Прочный корпус подводных лодок обеспечивает необходимую прочность при погружении ПЛ на глубину, определенную тактико- техническим заданием. В связи с тем, что прочный корпус должен выдерживать значительное давление (50 – 100 атм.), его форма проектируется такой, чтобы при заданной нагрузке он обладал минимальным весом. Наиболее рациональной формой поперечного сечения ПЛ является окружность, однако некоторые сечения ПЛ могут быть эллиптическими. Чаще всего прочный корпус в сечение представляет собой окружность (рис. 6.1 I), но могут быть и более сложные формы, в основе которых лежит окружность. Рис. 6.1 Поперечные сечения подводных лодок. I – однокорпусная конструкция - "Skipdgek" (США); II – полуторакорпусная конструкция – "Porpoise" (Англия); III – двухкорпусная конструкция: а) XXI серия (Германия); б) 1 - 400 – (Япония); в) "Thresher" в районе носового отсека (США); г) "Dolphin" (Голландия); д) – проект подводного танкера (США). Лодки XXI серии (пр. 613, 661, 670) в районе аккумуляторного отсека имели прочный корпус из двух сопряженных окружностей (см. рис.6.1а). Такое решение позволило иметь большие объемы при ограниченном радиусе прочного корпуса. Подводная лодка 1-400 (Япония) имела прочный корпус, состоящий из двух сопряженных круговых (Рис. 6.1б) цилиндров с 75 осями, лежащими на одной горизонтали. Голландская ПЛ "Дельфин" имеет корпус, состоящий из трех отдельных цилиндров одинакового диаметра (Рис. 6.1г) Еще более разнообразную форму поперечного сечения имеют проекты подводных танкеров (Рис. 6.1д). Для подкрепленной цилиндрической оболочки (или конической), подверженной внешнему гидростатическому давлению, различают три основных вида разрушения: 1) потерю устойчивости обшивки между шпангоутами; 2) потерю устойчивости всей оболочки вместе с подкрепляющими шпангоутами между переборками; 3) разрушение конструкции вследствие текучести материала обшивки. Характер разрушения определяется конструктивными элементами прочного корпуса (радиусом корпуса r, величиной шпации l, толщиной обшивки t, моментом сопротивления шпангоута) и свойствами материала корпуса (пределом текучести σs модулем упругости Е). По мнению американских специалистов, характер разрушения определяетcя фактором (коэффициентом) гибкости: ; (l / 2 R) 2 σ λ=4 * s (t / 2 R)3 E Рис. 6.2 Зависимость минимального теоретического веса прочного корпуса от расчетной глубины погружения При проектировании прочных корпусов подводных лодок стремятся к созданию конструкции, в которой все три вида нарушения прочности 76 происходили бы одновременно. Это дает возможность получить корпус минимального объемного веса. Вместе с тем для этого необходимы надежные методы расчета критического давления, основанные на теории пластичности. Зависимость минимального теоретического веса спроектированного подобным образом цилиндрического прочного корпуса от расчетной глубины погружения показана на рис. 6.2. Для сравнительной оценки конструкций прочных корпусов подводных лодок в кораблестроительной практике пользуются следующими коэффициентами: фактором давления ψ = pcalr / tσs (6.1) модифицированным фактором давления Φ = pcalr / t1σs (6.2) и фактором эффективности конструкций η0 = pcal / 104α (6.3) где Рcal - расчетное давление; t1 - приведенная толщина обшивки (с учетом площади шпангоута, "размазанной " по длине шпации); α - теоретический объемный вес прочного корпуса. Величины указанных коэффициентов для американских подводных лодок послевоенной постройки показаны на рис. в (коэффициенты ψ и Ф - безразмерные, a η0 имеет размерность длины - дюймы). Американским специалистам удалось снизить объемный вес прочных корпусов до 90 кг/м3 при расчетном давлении 30,5 кг/см2. Высокие значения фактора давления (ψ = 1,0 – 1,2) представляющего собой отношение допускаемых напряжений к пределу текучести в известной формуле t = pcai*r/σad, свидетельствуют о том, что американские нормы допускают появление в продольных сечениях обшивки посередине пролета напряжений близких или даже превышающих предел текучести. Коэффициенты ψ и Φ устанавливают также зависимость между геометрическими характеристиками прочных корпусов подводных лодок, расчетным давлением и пределом текучести корпусного материала. В частности, толщину определяют путем преобразования выражения (6.1) t = Pcal r / ϕ · σs (6.4) а коэффициент жесткости шпангоутов k=F/(F+lt) после несложных преобразований приводят к виду k=l - Φ/ψ. Как следует из формулы (6.4), ориентировочные значения толщины обшивки атомных подводных лодок достигают, mm: "Skate" "Skipjek" – 25-60; "Nautilus" – 30-35; "Tresher" – 35-40. Величины k соответственно равны 0,20- 0,25; 0,15-0,20; 0,25-0,30. Наличие концентрации напряжений в узлах, остаточные напряжения от гибки и сварки, коррозия, вибрация и т.п. приводят к тому, что текучесть материала прочного корпуса может возникнуть в отдельных местах 77 конструкции на глубинах значительно меньших чем предельная. Текучесть материала вызывает появление растягивающих напряжений при всплытии лодки, что ведет к появлению знакопеременного цикла напряжений. Считается, что глубина, соответствующая моменту появления текучести в местах концентрации напряжений, не должна быть меньше 72% рабочей глубины для прочного корпуса из стали марки HY-80 или 92% для корпуса из стали марки HY-100. Прочный корпус состоит из обшивки, набора, переборок. Обшивка в продольном сечении может иметь следующие формы: 1. Лекальная форма обводов (Рис. 6.2) выполняется очень редко, т.к. требуется очень сложная технология. Рис.6.2 Корпус ПЛ с лекальной формой обводов 3. Составная из трех участков, из которых центральный представляет собой круговой цилиндр, а концевые - усеченные круговые конусы с наклонной осью (Рис. 6.5) Рис.6.3 Корпус ПЛ из трех частей Часто такая форма корпуса используется для ПЛ штевневого варианта. 3. Составной корпус, состоящий из центрального кругового цилиндра и концевых круговых конусов с прямыми осями Рис.6.4 Составной корпус из трех частей с прямыми концами. Переход одного цилиндра к другому может осуществляться с помощью переборки или с помощью плавного перехода коническим коротким участком. 5. Сочетание конических концевых участков с цилиндром и цилиндром с восьми образным поперечным сечением. Рис.6.5 Корпус из обечаек разного диаметра 78 Рис.6.6 Корпус с восьми образным сечением 6. Комбинация цилиндрических и конических оболочек для ПЛ комбинированной конструктивной формы Рис. 6.7 Комбинированный корпус из цилиндрических оболочек. Конические и цилиндрические участки состоят из отдельных частей, которые, в свою очередь, собираются из отдельных обечаек. Обечайка собирается из отдельных листов, которые обычно располагаются поперек прочного корпуса, т.к. в этом случае удобнее изгибать листы (требуется меньшее усилие на гибочных вальцах) и меньше сварных швов в продольных сечениях которые больше нагружены, чем поперечные. В зависимости от диаметра прочного корпуса обечайка имеет 3-4 паза. Толщина обшивки прочного корпуса выбирается в зависимости от прочности материала и глубины погружения. Для сварных ПЛ толщина колеблется от 30 до 80 мм. Обечайки собираются в участок прочного корпуса в пределах одной строительной секции, которая затем обстраивается легким корпусом. В нее устанавливают платформы и другие конструкции, и такая секция подается на стапельную сборку. Обечайки собираются на прихватках. Для сохранения правильной формы устанавливают специальные шайбы. Отдельные обечайки собираются в блок и затем происходит сварка всего блока. Сварка производится на специальном устройстве, позволяющем производить сварку всегда в нижнем положении. Блок из собранных обечаек устанавливается на вращающиеся валики, так что сварочный автомат, установленный на неподвижной балке, производит сварку стыков всегда в нижнем положении. Для сварки пазов блок поворачивается так, чтобы паз лежал на нижней образующей цилиндра. Так как толщина листов прочного корпуса значительна, то разделку кромок делают Х-образную или Y -образную. Монтажные стыки варят вручную таким образом, чтобы избежать 79 потолочных швов. Поэтому верхнюю часть стыкового шва разделывают под сварку снаружи, а нижнюю часть - изнутри. а) б) Рис.6.8. Технология изготовления обечаек прочного корпуса а - изготовление секции прочного корпуса; б – схема сборки обечаек и секций на сборочной площадке Рис. 6.9. Схема сварки листов обшивки и приварки шпангоутов секции на кантователе: 1 – сварочный мостик; 2 – сварочный автомат; 3 – секция прочного корпуса; 4 – каток кантователя; 5 – сварочная тележка; 6- основание кантователя. 80

Современные подводные лодки (дата постройки которых примерно от конца 20х годов XX века) имеют 2 корпуса: водопроницаемый лёгкий корпус, функция которого заключается в придании кораблю гидродинамических совершенных обводов, и водонепроницаемый прочный корпус, способный выдержать давление воды на больших глубинах погружения. Внутри прочный корпус разделен на отсеки переборками, что повышает живучесть корабля в случае течи. Типичный материал прочного корпуса - легированная сталь с высоким пределом текучести. Встречались и титановые корпуса, например проект 705 («Альфа» по классификации НАТО). Они привлекательны из-за большей прочности титана, меньшего удельного веса и немагнитности. К тому же титановые соединения стойки к коррозии - корпус хорошо стоит в морской воде даже без покраски. Но сварка титановых листов представляет проблемы - титан становится хрупким, растрескивается параллельно шву. Борьба с этим явлением удорожает и замедляет постройку. Даже несмотря на то, что рекорды скорости и глубины погружения принадлежат титановым субмаринам, в СССР титан как материал корпуса был вытеснен высокопрочной сталью (см. проект 945 и проект 971). На Западе титановых лодок не строили вообще. Перспективным материалом считаются композиты, но технология изготовления больших корпусов еще не отработана, а сам материал дорог, что сдерживает его внедрение, лишь на небольших лодках прочные корпуса выполняются из композитов.

Погружение осуществляется путем изменения дифферента, после заполнения нескольких цистерн погружения (цистерны на подводной лодке в начале XX века называли систернами). На подводной лодке имеется множество различных цистерн, предназначенных для управления дифферентом, для хранения топлива, питьевой воды, балласта и т. д.

Изменение глубины и всплытие производятся с помощью горизонтальных рулей (гидропланов) с последующим вытеснением воды из балластных цистерн сжатым воздухом или газом. Отдельно выделяют класс батипланов - подводных аппаратов, погружающихся только за счёт действия гидродинамических сил. Для движения подводных лодок в надводном положении применяются атомные энергетические или дизельные установки; в подводном положении - атомные установки, электрические аккумуляторы тока, на малых глубинах - дизельные установки, имеющие соответствующие выдвижные воздухозаборные устройства (шноркель или РДП). Для подзарядки аккумуляторов дизельные двигатели используются как дизель-генераторы. В эпоху, предшествующую открытиям в области атомных реакторов, для подводных лодок было разработано несколько проектов подводных двигателей, работающих на альтернативных видах топлива (например, газотурбинный двигатель Вальтера, который отличался полной бесшумностью хода). Обычным движителем являются гребные винты, но на небольших подводных лодках устанавливают, в том числе и водомётные движители, которые двигают судно по принципу реактивной струи.

Подводные лодки могут быть одного из трёх архитектурно-конструктивных типов, которые представлены на рисунке 3

Рисунок 3 Архитектурно – конструктивные типы подводных лодок

На рисунке выше показаны поперечные сечения лодок различных архитектурно-конструктивных типов (на нём цифрами обозначены: 1 - прочный корпус, 2 - надстройка, 3 - ограждение рубки и выдвижных устройств, 4 - прочная рубка, 5 - цистерны главного балласта, 6 - лёгкий корпус; 7 - киль.)

А – К типы:

Однокорпусные (а), имеющие «голый» прочный корпус, который заканчивается в носу и корме хорошо обтекаемыми оконечностями лёгкой конструкции;

Полуторакорпусные (б), имеющие кроме прочного корпуса ещё и лёгкий корпус, но часть поверхности прочного корпуса при этом остаётся открытой;

Двухкорпусные (в), имеющие два корпуса: внутренний - прочный и наружный - лёгкий.

При этом лёгкий корпус имеет удобообтекаемую форму, полностью охватывает прочный корпус и простирается на всю длину лодки. Междукорпусное пространство используется для размещения различного оборудования и части цистерн.

Подводные лодки СССР и России являются двухкорпусными. Большинство атомных подводных лодок США (дизель-электри­чес­ких они не строят с начала 1960 х гг.) являются однокорпусными. Это является выражением первоприоритетности для военно-морских стратегов различных качеств: надводной непотопляемости - для СССР и России и скрытности - для США.

Прочный корпус - основной конструктивный элемент подводной лодки, обеспечивающий безопасное нахождение её на глубине. Он образует замкнутый объём, непроницаемый для воды. Внутри прочного корпуса размещаются помещения для личного состава, главные и вспомогательные механизмы, оружие, различные системы и устройства, аккумуляторные батареи, различные запасы и т. Его внутреннее пространство разделяется по длине поперечными водонепроницаемыми переборками на отсеки, которые именуются в зависимости от предназначения и соответственно - характера вооружения и оборудования, в них размещённого.

В вертикальном направлении отсеки разделяются палубами (тянутся на протяжении всей длины корпуса лодки из отсека в отсек) и платформами (в пределах одного отсека или нескольких отсеков). Соответственно помещения лодки имеют многоярусное расположение, что увеличивает количество оборудования, приходящуюся на единицу объёма отсеков. Расстояние между палубами (платформами) «в свету» делается более 2 м, т.е. несколько большим, чем средний рост человека.

Конструктивно прочный корпус состоит из шпангоутов и обшивки. Шпангоуты имеют, как правило, круговую кольцевую, а в оконечностях могут иметь эллиптическую форму и изготовляются из профильной стали. Устанавливаются они один от другого на расстоянии 300 - 700 мм в зависимости от конструкции лодки, как с внутренней, так и с наружной стороны обшивки корпуса, а иногда и комбинированно с той и другой стороны.

Обшивка прочного корпуса изготовляется из специальной прокатной листовой стали и приваривается к шпангоутам. Толщина листов обшивки доходит до 35 - 40 мм в зависимости от диаметра прочного корпуса и предельной глубины погружения подводной лодки.

← Вернуться

×
Вступай в сообщество «export40.ru»!
ВКонтакте:
Я уже подписан на сообщество «export40.ru»