Физика в бою

Хотя люди и научились создавать аппараты с глубинами погружения до нескольких тысяч метров, их пока единицы, и обладают они весьма ограниченными возможностями для изучения, а тем более освоения глубин океана. А ведь 70 % поверхности нашей земли покрыто океанами и морями. Значит, под водой скрыто по меньшей мере 2/3 богатств недр земли, не говоря уже о неисчерпаемых богатствах самих океанов и морей.

Большое значение в современных условиях имеют морские глубины для ведения войны на море. Известно, какое развитие получили в первую и вторую мировые войны подводные лодки. И на всех этапах существования подводного кораблестроения шла борьба за то, чтобы лодки могли действовать на все большей глубине. Так же, как большая высота полета самолетов при прочих равных условиях повышает их неуязвимость и боевые возможности в воздушном бою, большие глубины погружения подводных лодок улучшают их тактико-технические показатели — скрытность действий, маневренность, взрывостойкость, возможность уклонения от противолодочного оружия.

Сейчас, когда важнейшее боевое значение приобрели атомные подводные корабли, борьба за большие глубины плавания не только не ослабла, но усилилась.

Однако путь в глубину труден. Ведь при погружении на каждые 10 м гидростатическое давление возрастает на 1 атм. Это значит, что на глубине 100 м на каждый квадратный сантиметр поверхности прочного корпуса лодки действует давление 10 кг, на глубине 1 тыс. м — 100 кг и т. д.

Первой крупной жертвой на пути к большим глубинам атомных подводных кораблей стала новейшая американская подводная лодка «Трешер» с экипажем в 129 человек. Катастрофа произошла 10 апреля 1963 г. в Атлантическом океане во время глубоководного погружения.

В практике подводного кораблестроения используются следующие понятия глубин погружения: рабочая, предельная и расчетная (разрушающая). Отношение расчетной глубины к рабочей называется коэффициентом безопасности. Зарубежные специалисты принимают его равным 1,5–2. Рабочая глубина погружения подводных лодок периода второй мировой войны колебалась в пределах 100–150 м. У американских атомных подводных лодок постройки прошлого десятилетия она достигла 200–250 м, а у построенных в последние годы увеличена до 350–400 м.

Дальнейший рост глубины погружения зависит в первую очередь от возможности повышения прочности корпуса. Чтобы представить, какие громадные внешние силы давят на прочный корпус современной подводной лодки, достаточно произвести элементарный расчет. На каждый квадратный метр поверхности прочного корпуса на глубине 400 м действует сила в 400 т. При водоизмещении подводной лодки 4 тыс. т — 7 тыс. т площадь обшивки прочного корпуса исчисляется 2000–3500 м², и следовательно, внешняя нагрузка на него на глубине 400 м достигает 800—1400 тыс. т!

Напомним, что на современной подводной лодке имеется два корпуса: прочный и легкий. В прочном корпусе размещается внутреннее оборудование, экипаж, а легкий образуют балластные цистерны погружения и всплытия.

Известно, что максимальная глубина Мирового океана— 11 тыс. м, но в океанах и морях имеется много мелководных районов. Какой должна быть глубина погружения будущих боевых подводных лодок? На этот вопрос можно ответить, если проанализировать распределение глубин по площади Мирового океана. Такой анализ показывает, что подводная лодка с глубиной погружения 5500 м может достичь дна на 90 % площади океанов и морей, а с глубиной погружения 4600 м — на 60 % площади.

Какова же должна быть конструкция прочных корпусов современных подводных лодок, чтобы выдержать на столь больших глубинах огромное давление? Наиболее оптимальная форма оболочки, рассчитанная на большое наружное давление, — сферическая, но она используется лишь при конструировании глубоководных батискафов. Корпуса же подводных лодок, для которых высокая скорость не менее важна, чем большая глубина погружения, делают, как известно, сигарообразными.

Развитие теории проектирования подводных лодок связано с анализом напряженного состояния цилиндрических и конических оболочек, подкрепленных кольцевыми ребрами-шпангоутами. Если обшивка воспринимает основную часть нагрузки, т. е. обеспечивает прочность, то шпангоуты увеличивают жесткость оболочки, создают ее устойчивость. Повышают устойчивость прочного корпуса и поперечные межотсечные переборки, устанавливаемые для непотопляемости.

Когда подводная лодка идет в глубину, с ростом глубины увеличивается давление на цилиндрический прочный корпус и трубопроводы забортной воды, охлаждающей различные агрегаты и механизмы. На современном этапе развития подводных лодок наиболее слабым местом считают трубопроводы.

Вот к каким выводам о возможных причинах гибели «Трешера» пришла специальная комиссия, несколько месяцев занимавшаяся этим вопросом. Вблизи предельной глубины погружения (400–500 м) в кормовом машинном отсеке разорвало один из трубопроводов. Вода под давлением в несколько десятков атмосфер (струя воды под таким давлением способна разрушать твердые породы грунта) начала поступать в отсек. Затопление отсека и короткие замыкания оборудования еще до его полного затопления повлекли за собой выход из Строя энергетической установки лодки. Это привело к потере ею хода. Лодка проваливалась все глубже, и на расчетной глубине погружения между шпангоутами появились сначала вмятины, затем отсеки начало коробить, и, наконец, вода через трещины хлынула во все отсеки и затопила их.

В качестве материала прочных корпусов современных боевых подводных лодок используется высокопрочная сталь с пределом текучести 70 кг/мм². Это означает, что по прочностным качествам такая сталь приблизительно в два раза превосходит сталь, используемую в общем машиностроении. В настоящее время за рубежом признано, что дальнейший рост глубин погружения подводных лодок может быть обеспечен либо за счет утяжеления прочного корпуса, либо за счет дальнейшего повышения механических характеристик сталей, или посредством использования других высокопрочных материалов.

На современных подводных лодках на долю корпусных конструкций приходится около 40 % весового водоизмещения, причем на долю прочного корпуса — около 20 % веса лодки. В первом приближении можно считать, что при неизменном материале утяжеление прочного корпуса прямо пропорционально увеличению глубины погружения подводной лодки. Иностранные специалисты считают, что дальнейший рост глубин погружения лодок может быть обеспечен за счет увеличения толщины конструкционных элементов прочного корпуса.

Такой путь использован американскими специалистами при конструировании экспериментальной глубоководной подводной лодки «Дельфин» (рис. 14), строительство которой заканчивается на военно-морской верфи в Портсмуте. «Дельфин» — это подводная лодка, предназначенная для решения проблем, связанных со строительством атомных подводных лодок с увеличенными глубинами погружения.

Из-за отсутствия малогабаритных атомных энергетических установок, способных работать на большой глубине, на лодке будет смонтирована одновальная дизель-электрическая установка. Глубина погружения этой подводной лодки — около 1200 м, водоизмещение — порядка 1000 т, а в качестве материала цилиндрического прочного корпуса диаметром 5,8 м использована сталь с пределом текучести 70 кг/мм². Поэтому у подводной лодки «Дельфин» на долю прочного корпуса приходится 50–60 % весового водоизмещения. Столь резкое уменьшение доли легких корпусных конструкций, фундаментов, механизмов, вооружения и оборудования стало возможным благодаря специальному назначению лодки, на которой энергетика не обеспечивает высокой скорости и большой дальности плавания, а вооружение состоит всего из одного экспериментального торпедного аппарата.

^{Рис. 14. Глубоководная подводная лодка «Дельфин» — такой представил ее художник}

Однако есть и другой путь в глубину: повышение пределов текучести стали, из которой строится корпус лодки. Общепроектные требования развития подводных лодок медленно меняются в сторону увеличения доли прочного корпуса в общем весовом водоизмещении. Поэтому практически рост глубин погружения подводных лодок обычно следует за повышением предела текучести корпусной стали. Считается, что такое положение сохранится и в будущем.