Толщина обшивки подводной лодки. Проектирование корпусов подводных лодок. Учебное пособие

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

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.

Основной элемент констру1рдии любого подводного корабля - прочный корпус, представляющий собой сочетание круговых цилиндрических и конических оболочек, которые подкреп-У1ены поперечными ребрами жесткости - шпангоутами. В практике зарубежного подводного кораблестроения применяют также прочные корпуса с поперечным сечением в виде овала, вертикальной или горизонтальной «восьмерки» (рис. 35). На подводных танкерах нередко используют конструкции с не сколькими прочными корпусами. Трехкорпусной выполнена и голландская боевая подводная лодка «Зеехунд». Применение подобной конструкции в данном случае было обусловлено стремлением увеличить глубину погружения без изменения марки материала и толщины обшивки за счет уменьшения диаметра прочного корпуса.

Прочные корпуса современных подводных лодок выполняют сварными, с двухсторонней приваркой набора к обшивке непре-

Рис. 35. Поперечные сечения подводных лодок.

/ - однокорпуоная конструкция - «Скнпджек> (США); //- полу-торокорпусная конструкция - «Порпойз> (Англия); /// - двухкор-пусная конструкция: а -XXI серия (Германия); 0 - 1-400 (Япония); в - «Трешер> в районе носового отсека (США); г -«Дель» фин» (Голландия); в - проект подводного танкера (США).

рывным швом. Шпангоуты имеют в сечении вид таврового профиля. Применяют наружный и внутренний набор. Наружные шпангоуты приходится усиливать из-за более интенсивной кор-розци, вместе с тем такие шпангоуты улучшают условия использования внутренних объемов и могут выполнять роль набора легкого корпуса. Кроме того, по мнению американских специалистов,* наружные шпангоуты лучше обеспечивают устойчивость оболочки при обжатии прочного корпуса.,Практически выбор того или иного расположения набора определяется архитектурным типом корпуса. В американском и английском подводном кораблестроении для однокорпусных конструкций приме няют внутренние, а для двухкорпусных - наружные шпангоуты. В связи с увеличением длины отсеков атомных лодок стали широко применять конструкции с рамными шпангоутами, чере-дуюшимися с обычными через определенное число шпаций.

Для подкрепленной цилиндрической (или конической) оболочки, подверженной внешнему гидростатическому давлению, различают три основных вида разрушений:" потерю устойчивости обшивки между шпангоутами; потерю устойчивости всей оболочки вместе с подкрепляющими ее шпангоутами; разрушение конструкции вследствие текучести материала обшивки.

Характер разрушения определяется конструктивными элементами прочного корпуса (радиусом корпуса /?, величиной шпации /, толщиной обшивки і) и свойствами корпусного материала (пределом текучести От и модулем упругости Е). По мнению американских специалистов 2, характер разрушений определяется коэффициентом (фактором) гибкости

При?1<0,8, как правило, наблюдается текучесть обшивки, при?1>1,0 - потеря ею устойчивости, а условие 0,8

Общая потеря устойчивости оболочки между поперечными переборками происходит подобно потере устойчивости обшивки между шпангоутами, причем меньшей величине критического давления^ соответствуют большая длина отсека и меньшая жесткость подкрепляющих ребер.

При проектировании прочных корпусов подводных лодок зарубежные специалисты стремятся к созданию конструкции, в которой все три вида нарушений, прочности и устойчивости происходили бы одновременно. Это дает возможность спроектировать прочный корпус минимального объемного веса. Вместе с тем для этого необходимы надежные методы расчета критического давления, основанные на теории пластичности. Подобные методы, разработанные в США, используются в американском подводном кораблестроении*. Зависимость минимального теоретического объемного веса спроектированного подобным образом цилиндрического прочного корпуса от расчетной глубины погружения показана на рис. 36.

Для сравнительной оценки конструкций прочных корпусов подводных лодок в зарубежной кораблестроительной практике пользуются следующими коэффициентами":

фактором давлениямодифицированным фактором давленияи фактором эффективности конструкцийгде ррасч -расчетное давление; ^1 - приведенная толщина обшивки (с учетом площади шпангоута:, «размазанной» по длине шпации); а- теоретический объемный вес прочного корпуса, а все остальные обозначения остаются прежними.

Величины указанных коэффициентов для американских подводных лодок военной и послевоенной постройки показаны на рис. 37 (коэффициенты г|) и Ф - безразмерные, а т1о имеет раз.мерность длины - дюймы), Американским специалистам удалось снизить объемный вес прочных корпусов своих подводных лодок до значений, весьма близких к минимальным. Так, при Ррасч = 30,5 кГ/сж2 и т)с=11,8 определяемая из формулы (71) величина объемного веса а равна 100 кг1м^, а по данным рис. 36 эта же величина составляет 90 кг/м?.

Высокие значения фактора давления (1])= 1,0-Г,2), представляющего собой отношение допускаемых напряжении к пределу текучести материала в известной формуле t = ^р"** ,

Одопсвидетельствуют о том, что американские нормы допускают появление в продольных сечениях обшивки посредине пролета напряжений, близких или даже превышающих предел текучести.

Коэффициенты г|) и Ф устанавливают также зависимость между геометрическими характеристиками прочных корпусов подводных лодок, расчетным давлением и пределом текучести корпусного материала. В частности, толщину обшивки определяют путем преобразования выражения (69)

а коэффициент жесткости шпангоутов к = (где Р - пло щадь поперечного сечения профиля шпангоута) после несложных преобразований приводят к виду

Как следует из формулы (72), ориентировочные значения толщины обшивки американских атомных подводных лодок достигают, мм: «Скейт», «Скипджек» - 25-30; «Наутилус» - 30-35;- «Трешер» - 35-40. Величины к соответственно равны 0,20-0,25; 0,15-0,20 и 0,25-0,30.

Величину шпации прочного корпуса выбирают в зависимости от его диаметра, характеристик материала и расчетной глубины погружения. На боевых подводных лодках американской постройки она принята равной 2,5 футам (762 мм) На подводных транспортных судах величина шпации достигает 1000-1200 мм (табл.24).

По мнению иностранных специалистов, прочные кор-

пуса подводных лодок необходимо рассчитывать также на усталостную прочность, учитывая, что число циклов «погружения - всплытия» достигает у современных лодок 10 000-30 000. Наличие концентрации напряжений, остаточные напряжения от гибки и сварки, коррозия, вибрация и т. п. приводят к тому, что текучесть материала прочного корпуса может возникнуть в отдельных местах конструкций на глубинах, значительно меньших, чем предельная. Текучесть материала вызывает появление

Таблица 24

Характеристики прочных корпусов подводных транспортных судов

Тип Судна

Расчетная глубина погружения.

Предел текучести материала.

Радиус прочного корпуса, мм

Толщина обшивки, мм

Примечание

Танкер дедвейтом 20 ООО т американского проекта

Район отсеков энергетическойустановки Район жилых отсеков

Рудовоз «Мобн Дик»

И ООО 10 050

Район жилых отсеков Район грузового отсека. Применено внутреннее воздушное противодавление 9 кГ/сж2

Танкер проекта Горо Сото

Район отсеков энергетической установки

Танкер японского проекта

Район реакторного отсека

растягивающих напряжений при всплытии корабля, что ведет к возникновению знакопеременного цикла нагрузки. Считается, что глубцна, соответствующая моменту появления текучести в местах концентрации напряжений, не должна быть меньше 72% рабочей глубины для прочного корпуса из стали марки НУ-80 или 93% для корпуса из стали марки НУ-100.

Следующий этап расчета - проверка динамической равно-прочности элементов корпуса, производимая для случая воздействия на лодку стандартного подводного взрыва. В результате этой проверки также могут быть уточнены размеры отдельных корпусных конструкций.

Прочный корпус подводной лодки не только испыт^>шает воздействие гидростатического давления, но совместно с присоединенными массами воды является своеобразной упругой системой, совершающей периодические колебания. По характеру колебаний различают вибрацию общую и местную. Общая вибрация корпуса подводной лодки складывается, как правило, из продольных, поперечных горизонтальных и крутильных колебаний (рис. 38). При отсутствии осесимметрии корпуса лодки могут возникать также поперечные вертикальные колебания.

Нормальные напряжения в прочном корпусе, обусловленные вибрацией, обычно незначительны, однако эти "колебания снижают усталостную прочность конструкций, отрицательно влияют на работу механизмов и оборудования, на самочувствие личного состава, а также на стабилизацию режима течения воды в пограничном слое". ; I

За рубежом большое внимание уделяют совершенствованию методов расчета сложных конструктивных узлов прочного корпуса - в местах изменения его диаметра, перехода цилиндрических оболочек в конические, установки поперечных переборок, прохода через прочный корпус ракетных шахт и т. п.2.

Сопряжение цилиндрических или конических отсеков разного диа-< метра осуществляют на современных лодках с помощью переходных конических обечаек с углом конусности 30°. Вес подобной конструкции перехода значительно меньше, чем у применявшихся ранее конструкций (стыкование цилиндров разного диаметра на поперечную переборку, подкрепленную продольными бракетами).

Крайние шпации отсеков, прилегающие к поперечным переборкам, американские специалисты рекомендуют выполнять на 87о длиннее, а площади ближайших к переборке шпангоутов на 23% больше, чем обычно. Это позволяет повысить прочность и устойчивость конструкций в районах появления больших из-гибных напряжений.

По мнению иностранных специалистов^, особенно сложна конструкция ракетного отсека подводного ракетоносца. Длина стартовых шахт превышает диаметр прочного корпуса, поэтому

их приходится пропускать через обшивку корпуса в верхней части и жестко закреплять в нижней. Таким образом, шахты служат своеобразными пиллерсами, препятствующими обжатдю прочного корпуса под действием гидростатического давления в вертикальном направлении. Правда, это ведет к появлению больших местных изгибных напряжений, для воспринятия которых необходимо усиливать обшивку и набор. Для подкрепле-



Рис, 39. Конструкция ракетного отсека атомногоподводного ракетоносца.

/ - надстройка; 2 - прочный корпус; 3 - стартовая шахта; 4 -приборы управления.

ния вырезов в местах прохода стартовых шахт через прочный корпус рекомендуется устанавливать утолщенные вварные листы. Конструкция ракетного отсека американского современного атомного ракетоносца показана на рис. 39 (см. также рис. 11).

Прочные корпуса атомных подводных лодок разделены поперечными водонепроницаемыми переборками на пять-десять отсеков. На лодках применяют, как правило, плоские поперечные переборки, полотнища которых подкреплены вертикальными стойками, опирающимися на прочный корпус и платформы (рис. 40). Вес плоских переборок приблизительно такой же, как и равнопрочных сферических, способных воспринимать нагрузку только с одной (вогнутой) стороны; они значительно сложнее плоских в технологическом отношении.

Поперечные переборки отсеков-убежищ американских подводных танкеров предполагают рассчитывать на такую глубину, с котррой еще возможно осуществить спасение экипажа (100-150Остальные водонепррницаемые переборки должны выдерживать давление 6-9 кГІсм^. Аналогичные нормы прочности переборок приняты, вероятно, для атомных подводных лодок ВМС США 1.

Все цистерны вспомогательного балласта, если они размещены в междубортном пространстве, выполняют прочными. При внутреннем расположении цистерн прочную конструкциюимеют цистерны главного, а также часть цистерн вспомогательного балласта. На американских подводных лодках к их числу относятся днфферентные и уравнительные цистерны и цистерна быстрого погружения.

Прочная рубка в виде горизонтально расположенного цилиндра диаметром 2,2 м сохранилась лишь на атомной лодке «Тритон». На других подводных кораблях рубка заменена выходной шахтой - вертикальным цилиндром или усеченным конусом со средним диаметром около I м и высотой 3,5-4,5 м.

На лодках типов «Трешер» и «Таллиби» к прочным конструкциям относится также носовая сфера (внутренний диаметр - 3360 л«л«), ^ служащая опорой под фундаменты элементов антенны гидроакустической станции. В сфере размещена аппаратура гидроакустики, доступ к которой из прочного корпуса осуществляется через переходной конус. Толщина обшивки сферы 20,6 мм. Допускаемые отклонения от правильной сферической формы составляют -12,7--f 6,4 мм (для цилиндрических отсеков допускаемые отклонения, по американским нормам, составляют 0,0004 или ^ мм при диаметре прочного корпуса 10 иі).

Конструктивное оформление легкого корпуса определяет архитектурный тип подводной лодки. По архитектурному типу современные подводные корабли подразделяются на следующие три основные группы (см. рис. 35):

Однокорпусные - один прочный корпус, заканчивающийся в оконечностях легкими обтекаемыми конструкциями;

■- двухкорпусные - прочный корпус на всей длине заключен в наружный легкий корпус, а междубортное пространство используют для размещения балластных цистерн;

Полуторакорпусные - легкий корпус занимает не весь периметр прочного. Полуторакорпусная конструкция применена на некоторых типах дизель-электрических лодок, а также в проекте атомного подводного сухогрузного транспорта, в?>іпол-ненного английской фирмой Митчел Энджиниринг.

Большинство атомных подводных лодок капиталистических государств относится к кораблям смешанного архитектурного типа, имеющим по длине прочного корпуса однокорпусные и двухкорпусные участки. На подводных лодках типов «Скипджек» и «Джордж Вашингтон», например, двухкорпусные конструкции размещены в райрне носового торпедного отсека и отсека вспомогательных механизмов.

Архитектурный тип транспортных подводных лодок определяется характеристиками и плотностью перевозимого груза. Подводные нефтеналивные суда проектируют только двухкор-пусными, причем очень часто применяют конструкцию с несколькими прочными корпусами. Междубортное пространство подводных танкеров используют под танки для перевозки жидкого груза. Легкие корпуса таких судов набраны по продольной системе, что повышает их продольную лрочцость при плавании в надводном положении.

В отличие от нефтеналивных судов, проектируемые подводные сухогрузные транспорты, предназначенные, как правило, для перевозки грузов внутри прочного корпуса, имеют одно-, двух- и полуторакорпусные конструкции.

Для обшивки и набора оконечностей, цистерн главного балласта, надстройки, ограждения выдвижных устройств применяют сталь с меньшим пределом текучести, чем для прочного корпуса.

Расчетными нагрузками для легки"х конструкций являются волновые нагрузки при плавании на поверхности (2,5-5 Г/лі^) или взрывные нагрузки, рассчитанные из условия обеспечения равнопрочности всех конструкций лодки при стандартном под-. водном взрыве. Ограждения выдвижных устройств и надстройки некоторых атомных лодок ВМС США выполнены усиленными, что дает, возможность лодкам всплывать в битом льду или пробивать лед толщиной до 1 м.

Для того чтобы снизить вес высокорасположенных корпусных конструкций, при их изготовлении начали применять легкие алюминиевые сплавы. Однако подобная комбинация стали и алюминия вызывает сильную электрохимическую коррозию, материала. Для защиты от коррозии на лодках устанавливают цинковые протекторы, устраняют места соединения разнородных металлов, вводя резиновые или пластмассовые прокладки,

а также применяют системы наложения на корпус отрицательного потенциала от внешнего источника электрического тока. Последняя система катодной защиты использована на английской атомной лодке «Дредноут». Автоматическая аппаратура системы позволяет регулировать силу защитного тока в зависимости от температуры и солености воды, состояния окраски и режима плавания подводного корабля Ч

В труднодоступных местах конструкций легкого корпуса в США применяют полиуретановый пенопласт с удельным весом 320-640 кг/м^, обладающий хорошей стойкостью в морской воде, водонепроницаемостью и упругостью. Способ использования пенопласта прост: предварительно подогретые до 20-25° С конструкции заливают пенопластом. Общий вес пенопласта на лодках достигает 90-180 т.

В США и Англии проводились эксперименты по изготовлению надстроек и ограждений выдвижных устройств из стеклопластика. Пластмассовое ограждение было, например, установлено на американской дизель-электрической лодке «Хафбик». Толщина обшищш равнялась 6,5 мм, а высота подкрепляющих ребер достигала 100 мм; ограждение весило 3,36 г, т. е. вдвое меньше, чем подобное ограждение, выполненное из стали.

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

← Вернуться

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