13.4. Технические средства маневрирования подводной лодки

Для обеспечения поступательного движения подводной лодки могут быть предусмотрены различные движители. Наиболее распространенный и эффективный вид движителей – гребной винт. Помимо основного движительного комплекса одновальные подводные лодки оборудуются резервным движительным комплексом, который используется при выходе из строя основного движительного комплекса, а также в качестве подруливающего устройства при швартовке или движении подводной лодки в надводном положении в узкостях.

Резервный движительный комплекс может быть выполнен в стационарном виде (стационарные электродвигатели, линии вала, гребные винты), либо в виде откидных колонок, которые убираются в межбортное пространство.

Маневрирование подводной лодки в пространстве при наличии скорости хода обеспечивается рулевыми комплексами. Для большей эффективности управления рули максимально удаляют от корпуса подводной лодки. В зависимости от места расположения рули могут быть кормовыми, носовыми, средними и рубочными. В свою очередь кормовые рули подразделяются на вертикальные (ВР) и горизонтальные (ГР), носовые, средние, либо рубочные рули выполняются горизонтальными. Вертикальные рули обеспечивают управление курсом подводной лодки, горизонтальные рули –дифферентом и глубиной погружения.

Применение на подводной лодке двух пар горизонтальных рулей объясняется, прежде всего, наличием инверсионной скорости хода. При этой скорости и ниже ее управление подводной лодкой с помощью кормовых горизонтальных рулей становится невозможным. В этих случаях управление производится носовыми горизонтальными рулями (средними горизонтальными рулями, рубочными горизонтальными рулями). Кроме того, при координированном управлении двумя парами горизонтальных рулей обеспечивается более эффективное и безопасное маневрирование подводной лодки по глубине на всех скоростях хода.

С целью повышения живучести в настоящее время все более широкое применение получают рулевые устройства, в которых перья рулей не имеют жесткой связи между собой и могут перекладываться независимо друг от друга. При нормальной эксплуатации это дает возможность умерять статический крен от гребного винта при стабилизации глубины погружения и курса подводной лодки, а при циркуляциях – умерять динамический крен.

Вертикальные рули, как правило, выполнены в виде закрылков вертикальных стабилизаторов и имеют с ним общий профиль. В этом случае рули небалансирные. При перекладке такого руля его передняя кромка не выходит за плоскость неподвижной части стабилизатора, т.е. сохраняется единый профиль (уже изогнутый). Другой вариант выполнения вертикальных рулей – без неподвижной части (стабилизатора). При этом рули выполняются балансирными. Ввиду отсутствия неподвижной части, повышающей эффективность рулей, площадь этих рулей увеличивается примерно в 1,5 раза по сравнению с рулями в стабилизаторах.

Кормовые горизонтальные рули выполняются в едином профиле с горизонтальными стабилизаторами, т.е. они являются небалансирными. Кроме основных горизонтальных рулей, которые служат для управления подводной лодкой на скоростях от инверсионной до максимальной, может устанавливаться вторая пара рулей меньшей площади. Эти рули предназначены для управления подводной лодкой на скоростях выше 0,6 от максимальной. В этом случае горизонтальные рули большей площади называются большими кормовыми горизонтальными рулями, меньшей площади – малыми кормовыми горизонтальными рулями. Малые кормовые горизонтальные рули, также как и большие кормовые горизонтальные рули, являются частью стабилизатора и имеют единый с ним профиль. Наличие малых кормовых горизонтальных рулей позволяет избежать автоколебательных режимов на больших скоростях хода и повысить живучесть подводной лодки в аварийных ситуациях. Носовые горизонтальные рули – рули балансирного типа. Носовые горизонтальные рули устанавливаются в надстройке или в плоскости максимальной ватерлинии. Последний способ предпочтительнее, так как при этом обеспечивается симметрия работы рулей на всплытие и погружение. Носовые горизонтальные рули убираются в междубортное пространство. При этом они или заваливаются, поворачиваясь в плоскости ватерлинии, или задвигаются вдоль оси баллера. Для повышения эффективности носовые горизонтальные рули выполняются с закрылками. Основное перо соединено с баллером, при повороте которого закрылок носовых горизонтальных рулей поворачивается на угол в два раза больший, чем собственно носовые горизонтальные рули.

Рубочные рули выполняются неубирающимися, так как при ограниченных габаритах ограждения рубки убрать их не представляется возможным. Рубочные горизонтальные рули по условиям своего расположения имеют плечо относительно центра давления меньше, чем у носовых горизонтальных рулей. Поэтому для обеспечения одинаковой эффективности управления они должны иметь площадь большую, чем носовые горизонтальные рули. Постоянные (неубирающиеся) рули снижают скорость подводного хода.

Кроме вышеуказанных основных рулевых устройств на подводной лодке может устанавливаться ряд дополнительных средств, а именно малые вертикальные рули и интерцепторы. Малые вертикальные рули, как правило, не имеют отдельного привода перекладки и снабжены устройством, позволяющим соединять малое перо с основным пером вертикальных рулей или со стабилизатором верхнего пера вертикальных рулей. Это устройство позволяет избежать нежелательного влияния набегающего потока на гребной винт в подводном положении и в то же время сохранить необходимую эффективность вертикальных рулей в надводном положении при проходе узкостей, либо при стабилизации курса при высокой бальности моря. Интерцепторы предназначены для решения противоаварийных задач, связанных с заклиниванием кормовых горизонтальных рулей. Интерцепторы представляют собой отбрасываемые или выдвигаемые щитки на засасывающей стороне горизонтального стабилизатора перед рулем вдоль его размаха. Принцип действия интерцептора состоит в том, что за ним на руле возникает отрывное течение, снижающее нагрузку на переложенном и заклиненном руле. При соответствующем подборе высоты и длины интерцептора влияние заклиненного руля может быть сведено к минимуму. При этом управление подводной лодки осуществляется исправными рулями.

Назначением цистерн главного балласта является обеспечение погружения и всплытия подводной лодки, обеспечение требуемых мореходных качеств при нахождении подводной лодки в надводном положении и обеспечение надводной непотопляемости. Величина запаса плавучести определяется в первую очередь требованием обеспечения надводной непотопляемости. При наличии такого требования относительный запас плавучести (отношение объема цистерны главного балласта к нормальному водоизмещению) составляет 25–30 %, при отсутствии 10–15%. Конструктивно запас плавучести на подводной лодке реализуется в виде цистерн главного балласта. Элементы плавучести, посадки и остойчивости подводной лодки в надводном положении определяются запасом плавучести, величина которого численно равна объему цистерн главного балласта. Для управления процессом погружения–всплытия на подводной лодке предусматривается три группы цистерн главного балласта: носовая, средняя, кормовая. Погружение и всплытие подводной лодки обеспечивается открытием клапанов вентиляции и кингстонов цистерн главного балласта. При всплытии в цистерну главного балласта подается воздух высокого давления. Расположение цистерн главною балласта по длине зависит от архитектурного типа подводной лодки: при двухкорпусной архитектуре цистерны главного балласта располагаются по всей длине прочного корпуса, при однокорпусной – в носовой и кормовой оконечностях. Цистерны главного балласта подразделяются на кингстонные и шпигатные. С точки зрения обеспечения надводной непотопляемости предпочтительнее кингстонные цистерны главного балласта. Управление клапанами вентиляции и кингстонами цистерн главного балласта осуществляется от системы управления общекорабельными системами. Управление может осуществляться как группами цистерн главного балласта, так и отдельными цистернами главного балласта.

Подводная лодка в подводном положении должна быть статически уравновешена, т.е. сила поддержания должна равняться нормальной нагрузке, а центр величины и центр тяжести – лежать на одной вертикали. При выполнении этих условий подводная лодка статически уравновешена по плавучести и имеет дифферент, равный нулю. В процессе плавания условия статического равновесия подводной лодки постоянно нарушаются из-за изменения силы поддержания и нагрузки. Изменение силы поддержания вызывается изменением объемов прочного корпуса, акустических покрытий и других непроницаемых объемов в результате их обжатия при изменении глубины погружения и плотности морской воды. Для возможности сохранения равновесия в подводном положении в течение всей автономности на подводной лодке предусматриваются цистерны вспомогательного балласта, в которые можно принимать (или откачивать из них) или перегонять воду в случае изменения силы поддержания и нагрузки. К числу таких цистерн относятся уравнительные цистерны, а также цистерны замещения, предназначенные для замещения специфических переменных грузов. Для компенсации возникающих дифферентующих моментов предназначены носовые и кормовые дифферентные цистерны. Такая номенклатура цистерн вспомогательного балласта соответствует раздельной системе замещения. Возможна смешанная система замещения (наличие носовых и кормовых дифферентных цистерн), при которой избыточная плавучесть, изменение нагрузки и возникающие при этом дифферентующие моменты компенсируются приемом (откачкой) и перегонкой воды между дифферентно-уравнительными цистернами. По сравнению с раздельной системой замещения эта система сложна в эксплуатации и практически не применяется. В дальнейшем речь будет идти только о раздельной системе замещения. Как правило, на подводной лодке предусматривается несколько уравнительных цистерн (2–3), одна из которых прочная, рассчитанная на предельную глубину погружения, располагается в межбортном пространстве и оборудуется кингстонами и клапанами вентиляции. В эту цистерну производится прием воды из-за борта с последующей перегонкой ее в легкие уравнительные цистерны внутри прочного корпуса. Отлив производится в обратном порядке. Прием воды в прочную уравнительную цистерну может производиться самотеком или насосом, откачка – только насосом. Перегонка воды из прочной уравнительной цистерны в легкие и обратно производится либо воздухом, либо насосом.

Дифферентные цистерны имеют легкую конструкцию, расположены в прочном корпусе на возможно большем расстоянии друг от друга. Носовые и кормовые дифферентные цистерны между собой соединены трубопроводом, по которому воздухом осуществляется перегонка воды. Управление уравнительной и дифферентной цистернами осуществляется системой управления общекорабельными системами.