МОСКВА, 23 авг — РИА Новости, Андрей Коц. Дизель-электрические подводные лодки (ДЭПЛ) незаменимы в прибрежных и мелководных районах, куда далеко не всегда могут пройти их более тяжелые атомные собратья. Современные российские ДЭПЛ — грозное и универсальное оружие, но по сравнению с атомными подводными лодками у них есть один серьезный недостаток. Если атомоход способен находиться под водой сколь угодно долго, пока не закончится продовольствие, то дизельные субмарины вынуждены периодически всплывать для зарядки аккумуляторных батарей генераторами. Впрочем, благодаря воздухонезависимым энергетическим установкам (ВНЭУ) некоторые современные "дизелюхи" обходятся и без этого.

Без всплытия

Любая субмарина, вне зависимости от конструкции, водоизмещения, вооружения и выучки экипажа, в надводном положении беззащитна, как котенок перед стаей собак. Лодка не располагает значимой корабельной артиллерией, способной дать отпор скоростным катерам абордажных команд противника. Не сможет отбиться от налета противолодочной авиации или противокорабельных ракет. И даже если успеет срочно погрузиться, вряд ли уйдет от "загонщиков", уже точно определивших ее координаты. В мирное время это грозит срывом "автономки". В военное — гибелью лодки и ее экипажа.

Моторы неатомной подводной лодки приводятся в движение аккумуляторными батареями, заряда которых хватает максимум на четверо суток, если субмарина идет со скоростью до пяти узлов. Если же дана команда "Полный вперед!", батареи сядут через несколько часов. Их максимальная зарядка бортовыми дизель-генераторами занимает около двух суток, для этого необходим кислород, поэтому лодка вынуждена всплывать. Конечно, можно использовать режим работы двигателя под водой (РДП). В этом случае подлодка поднимает над поверхностью воды трубу-шнорхель, через которую и поступает воздух. Однако способ, активно использовавшийся еще в середине прошлого века, сегодня резко повышает вероятность обнаружения субмарины радиолокационными, инфракрасными, оптико-электронными и акустическими средствами противника.

Воздухонезависимому, или анаэробному, двигателю прямой доступ к атмосфере не требуется. В настоящее время в мире существует четыре основных типа ВНЭУ: дизельный двигатель замкнутого цикла, двигатель Стирлинга, топливные элементы (электрохимический генератор) и паротурбинная установка замкнутого цикла. Они должны соответствовать следующим требованиям: низкий уровень шумности, малое тепловыделение, приемлемые массогабаритные характеристики, простота и безопасность эксплуатации, большой ресурс и невысокая стоимость.

Важно отметить, что технология изготовления ВНЭУ очень сложная и наукоемкая. В мире не так много государств, освоивших ее полностью. ВМС США темой ВНЭУ не интересовались, предпочтя перевести весь подводный флот на атомную энергию. По тому же пути пошли и французы, построившие тем не менее экспортные субмарины типа "Скорпен". Эти небольшие лодки работают от турбин по замкнутому циклу, используя этанол и жидкий кислород. Автономность без всплытия — около трех недель.

Немцы приняли другую стратегию и в начале нулевых представили серию подлодок проекта U-212/214. У этих субмарин "гибридная" энергетическая установка: в режиме РДП или для хода в надводном положении аккумуляторы заряжаются дизельным генератором мощностью 1050 киловатт. А под водой для экономичного хода в дело вступает воздухонезависимый двигатель Siemens SINAVY Permasin. Его приводит в действие энергетическая установка из девяти протон-обменных топливных элементов, включающих цистерны с криогенным кислородом и емкости с гидридом металла. Эти элементы и обеспечивают вращение гребных винтов.

Роль топливных элементов

Сегодня в России нет дизель-электрических подводных лодок с воздухонезависимой энергетической установкой, однако они должны появиться в ближайшие годы. Представители Минобороны неоднократно утверждали, что первые ВНЭУ получат субмарины проекта 677 "Лада". Тем не менее принятый в строй "Санкт-Петербург" и строящиеся "Кронштадт" и "Великие Луки" по-прежнему полностью зависят от дизель-генераторов. А вот следующую лодку проекта, которую спустят на воду до 2025 года, уже оснастят анаэробной энергетической установкой собственного производства. Большинство данных об этой разработке строго засекречены, но известно, что в основу ее конструкции заложен паровой реформинг с электрохимическим генератором на твердотельных элементах.

"Эксперименты с ВНЭУ проводили еще в Советском Союзе, — рассказал РИА Новости главный редактор журнала "Арсенал Отечества" Виктор Мураховский. — Создать новую силовую установку на современной элементной базе и соответствующую требованиям сегодняшнего дня достаточно сложно. Раньше она должна была обеспечивать запас окисляющего компонента для работы двигателя внутреннего сгорания. Сейчас же подход другой — питание силовой установки топливными элементами. Главный мировой тренд — полный переход на электродвижение без использования дизельных генераторов. В этом случае топливные элементы с большой энергетической емкостью будут напрямую питать электродвигатели. Необходимости всплывать просто не возникнет".

Конструкторское бюро "Рубин", к слову, сообщало о готовности представить воздухонезависимую энергетическую установку для неатомных подводных лодок в 2021-2022 годах. А в апреле текущего года макетный образец ВНЭУ с газотурбинным двигателем замкнутого цикла успешно испытало КБ "Малахит". Новинку предполагается использовать в малых подводных лодках, которые пока существуют только в виде макетов.

Импортозамещение

"Мы разработали линейку малых подводных лодок водоизмещением от двухсот до тысячи тонн, — сообщил РИА Новости ведущий конструктор КБ "Малахит" Игорь Караваев. — Одно из главных их достоинств — применение ВНЭУ. Эти лодки смогут комфортно себя чувствовать в проливных зонах, мелководных районах, гаванях и даже будут способны заходить во вражеские порты и на военно-морские базы. Высокая скрытность, небольшие габариты и возможность неделями оставаться под водой без всплытия делает их идеальными разведчиками и позволяет наносить внезапный удар по кораблям и ключевым объектам прибрежной инфраструктуры".

По словам Виктора Мураховского, чтобы выйти на собственное серийное производство воздухонезависимых энергетических установок и массово ставить их на подводные лодки, необходимо формировать гигантский научно-технический задел для создания топливных элементов, которые будут питать электродвигатели подводного флота. В качестве более дешевой и простой альтернативы он рассматривает разработку перспективных литий-полимерных аккумуляторов, работающих на одной "подзарядке" гораздо дольше, чем имеющиеся сегодня в ВМФ аналоги. "Однако их производство, судя по всему, придется начинать с нуля, потому что на Западе нам такие технологии никто не продаст. А если и продаст, то в один прекрасный день может просто перекрыть поставки", — добавил эксперт.

27.11.2014

Российский ОПК больше полувека бьется над созданием воздухонезависимых силовых установок для подлодок, от которых в США отказались еще в 1960-х.

Октябрь этого года запомнится масштабной поисковой операцией, которую в своих территориальных водах провели шведские военные. Для поиска иностранной подводной лодки, которая, по сообщениям очевидцев, проникла в акваторию Стокгольмского архипелага, были мобилизованы все военно-морские силы страны. Для розыска субмарины были задействованы сотни военных и использованы современные технологии, но даже эти сверхусилия не позволили обнаружить нарушителя. Результатом многодневного поиска стал снимок морского дна, на котором отчетливо просматриваются следы подлодки. Это единственное доказательство было представлено в оправдание того, что на поисковую операцию было потрачено почти 2,7 млн долларов. Какая это была подлодка, едва ли станет известно в ближайшее время. Но лучше всего умеют водить за нос флот целой страны маленькие дизель-электрические субмарины с воздухонезависимыми двигателями. Это технологии, которые позволяют неатомной подводной лодке небольшого размера быть практически незаметной и длительное время не подниматься на поверхность.

В организации этого переполоха полагали уличить российский флот, скорее всего, подозрения зародились в связи с тем, что незадолго до этого инцидента несколько раз звучали заявления о создании в России принципиально новой подводной лодки. Последние месяцы на официальном уровне неоднократно говорилось о серьезных характеристиках субмарины, главным преимуществом называли ее высокую скрытность и автономность. В частности, говорилось, что они будут обладать ресурсом, который позволит находиться под водой до 20 суток, что должно стать рекордом среди неатомных кораблей.

ПРОЕКТ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК ТИПА 677 «ЛАДА» РЕАНИМИРОВАН И ПРИЗНАН УНИКАЛЬНЫМ

В конце лета главнокомандующий ВМФ адмирал Виктор Чирков сообщил, что в 2015 году Россия приступит к испытаниям подводной лодки с воздухонезависимым двигателем, или, как еще называют, анаэробной силовой установкой, которую уже не первый год разрабатывают в ЦКБ «Рубин». В продолжение темы, 1 октября представители оборонно-промышленного комплекса заявили, что в России в ближайшее время начинается серийное производство анаэробных энергетических установок на водородном топливе для дизельных подводных лодок. Этому решению предшествовали испытания экспериментального двигателя на опытной подлодке Б-90 «Саров», которая используется для тестирования новых образцов вооружений и техники. Также было объявлено, что параллельно проведено тестирование опытного макета на стенде и оно признано успешным. Следующий этап испытания двигателя будет производиться непосредственно на лодке, которой предстоит выходить с этим агрегатом в море. Было также заявлено, что принято решение о серийном производстве этих силовых установок, в настоящее время ведется производство комплектующих деталей для опытного образца.

Характеристики нового российского двигателя не разглашаются, однако известно точно: он относится к типу воздухонезависимых силовых установок. Подобные двигатели имеют самые совершенные на сегодняшний день немецкие дизель-электрические подлодки проектов U-212 и U-214. Сообщается, что российская анаэробная силовая установка основана на преобразовании химической энергии в электрическую без движения и горения. По сути, это электрохимический генератор, где происходит химическая реакция - соединение кислорода и водорода, при этом электроэнергия выделяется бесшумно, а единственным побочным продуктом процесса является дистиллированная вода. КПД такой установки достигает 70 процентов, а уровень шума подлодки на анаэробном ходу ниже естественных морских шумов. От зарубежных аналогов российские установки отличаются методом получения водорода. Чтобы не возить газ высокой чистоты на борту подлодки, его синтезируют из дизтоплива методом реформинга.

Однако эксперты с осторожностью отзываются об этой силовой установке, по некоторым сведениям, этот агрегат далек от совершенства, и лечить его «детские болезни» придется еще не один год. И это порождает дополнительную интригу, ведь новые двигатели делаются для дизель-электрических подлодок типа 677 «Лада»; других значимых проектов в такой высокой степени готовности в России нет. Получается, что от успехов создания этой силовой установки зависит возобновление проекта строительства субмарин этого класса, который был свернут из-за того, что флот не устраивали характеристики предложенного ранее воздухонезависимого двигателя. Планируется, что уже в ближайшее время анаэробный отсек появится на одной из спущенных на воду подлодке «Лада» и пройдет на ней полный цикл испытаний. Если на этот раз экзамен будет сдан, то с 2017 года базовое предприятие судостроительной отрасли, Центр неатомного подводного кораблестроения ОАО «Адмиралтейские верфи», получит заказ на строительство неатомных подводных лодок нового поколения.

Напомним, что подлодки «Лада» предназначены для уничтожения субмарин и надводных кораблей противника. Для снижения шумности в них применены виброизоляторы, всережимный гребной электродвигатель на постоянных магнитах, корпус лодки покрыт материалом, поглощающим сигналы гидролокаторов. Вооружена «Лада» торпедами и ракетоторпедами в горизонтальных и вертикальных пусковых установках. Разработчики субмарины ЦКБ морской техники «Рубин» рекомендовали ее как новейшую дизель-электрическую подводную лодку четвертого поколения, оснащенную вспомогательной анаэробной энергетической установкой. Однако первая лодка серии «Санкт-Петербург» была спущена на воду в классическом дизель-электрическом варианте, это вызвало скандал, а впоследствии приостановку проекта. Теперь выясняется, что в лучшем случае анаэробная установка будет установлена на третьем корабле серии. В настоящее время в разной степени готовности находятся еще два корабля проекта 677 «Кронштадт» и «Севастополь», по всей видимости, их строительство будет возобновлено, если испытание водородного двигателя завершится успешно.

Военные моряки возлагают большие надежды на воздухонезависимые силовые установки, готовы найти им широкое применение: например, не исключается вероятность, что ими оснастят и ветерана российского флота - дизель-электрическую подводную лодку проекта 636 «Варшавянка». Это обосновывается необходимостью экономии средств и оптимизации расходов. В составе флота имеется 23 корабля этого проекта, заложено еще шесть, такое большое число лодок неплохо было бы модернизировать. Тем более что эксперты считают: «Варшавянки» уже отшлифованы и доведены до ума, и их переоборудование для новых двигателей займет максимум два года, а вот на «Ладах» интеграция бортовых систем и энергетической установки может растянуться на 5-10 лет, так как проект еще сырой.

АМЕРИКАНЦЫ ПЕРЕШЛИ НА АТОМНЫЕ ПОДВОДНЫЕ ЛОДКИ

Бывший начальник Главного штаба ВМФ (в 1992-1996 годах) адмирал Валентин Селиванов рассказал «Совершенно секретно», что в Советском Союзе, а затем в России уже на протяжении пятидесяти лет пытаются создать воздухонезависимый двигатель для подводных лодок и только в последнее время наметились сдвиги.

«На все традиционные дизель-электрические подводные лодки устанавливаются мощные аккумуляторные батареи, которые служат единственным источником энергии в подводном положении. Если субмарина двигается в экономичном режиме, то есть со скоростью два узла или четыре километра в час можно не заряжать батареи до трех суток. Но когда появляется необходимость ускориться, чтобы, допустим, оторваться от противника, разогнаться, к примеру, до 17 узлов, то запас энергии сократится до восьми часов. Для сравнения: атомные подлодки находятся в подводном положении месяцами. Только на поверхности судно получает возможность подзарядки батарей, с этой целью используются двигатели внутреннего сгорания, для работы которых требуется кислород. Именно в момент подзарядки подлодки становятся наиболее уязвимыми.

Над проблемой подзарядки батарей в подводном положении первыми задумались немцы, которые во время Второй мировой войны придумали использовать устройство для работы двигателя под водой, так называемый шноркель. По сути, это выхлопная труба, которая выводилась над водой. Но даже это примитивное изобретение существенно улучшило скрытность субмарин: для вентиляции и зарядки аккумуляторов лодке со шноркелем можно было вместо всплытия идти на перископной глубине, около 15 метров. При этом на поверхности находилась только вершина трубы, которая по сравнению со всплывшей субмариной была малозаметна. Но это не стало окончательным решением проблемы, поскольку оставалось множество демаркирующих признаков. Только сегодня этот недостаток дизельных подлодок устранен, сейчас распространения получили четыре вида воздухонезависимых двигателей: с внешним подводом тепла (двигатель Стирлинга), дизели замкнутого цикла, паротурбинные установки замкнутого цикла и энергетические установки с электрохимическими генераторами. Эти силовые установки позволяют вырабатывать необходимую энергию без всплытия лодки и по показателям автономности практически сравнялись с атомными.

Кстати, американцы еще в 1960-х годах создали свой анаэробный двигатель, но не стали его использовать, поскольку примерно в то же время полностью отказались от дизельных подводных лодок и делают только атомные. Тем не менее сегодня технологию воздухонезависимых двигателей используют в нескольких странах мира, которые ведут патрулирование во внутренних морях. В ограниченных акваториях лодки этого типа могут справиться с теми же задачами, что и АПЛ, но с меньшими затратами. Развивать такую технологию в России необходимо: без современной силовой установки подводные лодки становятся неконкурентоспособными в море и на рынке вооружений; в последнее время иностранные покупатели требуют, выдвигают условия - ставить на неатомные подлодки анаэробный двигатель».

ШНОРКЕЛЬ (НЕМ. SCHNORCHEL - ДЫХАТЕЛЬНАЯ ТРУБКА) - ИННОВАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ВРЕМЕН ВТОРОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ, КОТОРОЕ ВПЕРВЫЕ ПОЗВОЛИЛО ДВИГАТЕЛЮ ДИЗЕЛЬНОЙ СУБМАРИНЫ РАБОТАТЬ ПОД ВОДОЙ, НЕ РАЗ СПАСАЛО НЕМЕЦКИХ ПОДВОДНИКОВ

Фото: www.diaporama.sectionrubis.fr

РОССИЯ ПРОИГРАЛА КОНКУРЕНТНУЮ БОРЬБУ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ИННОВАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В мире некоторые страны активно занимаются созданием подлодок, оснащенных воздухонезависимыми двигателями. Главными их плюсами является то, что они проще и дешевле в постройке и эксплуатации, экологичнее, менее шумны. По мнению ведущих специалистов, должен повышаться спрос на неатомные подводные лодки, которые уже в настоящее время по своим характеристикам не только приблизились к атомоходам, но по некоторым показателям даже превосходят их, будучи при этом в несколько раз дешевле. Это значит, что страны, умеющие делать такие субмарины, имеют большой экспортный потенциал. Мировой рынок подводных лодок в ближайшее время составит порядка полутысячи субмарин, стоимость каждой - несколько сотен миллионов долларов.

Пионерами в мировой разработке воздухонезависимых силовых установок вполне закономерно являются немцы, имеющие огромные традиции подводного флота и создавшие эталонный проект U-212/214. Кроме того, в настоящее время анаэробные установки имеют французские подлодки, испанские, шведские, японские и китайские. В 2011 году в Организации оборонных исследований и разработок Индии заявили, что тоже занимаются созданием воздухонезависимой силовой установки для подводных лодок. В последние годы ряд стран, в том числе Швеция, Япония, уже официально сообщают о начале работ по созданию подлодки пятого поколения, где предполагается использование всережимного единого двигателя Стирлинга (который может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла) как для надводного, так и для подводного плавания. По всей видимости, у России пока недостаточно технологий, чтобы в короткие сроки создать воздухонезависимые силовые установки. По сути, Россия - единственная из стран мира, серьезно занимающаяся строительством подводных лодок, которая не смогла создать дизельную субмарину пятого поколения.

Главный редактор журнала «Национальная оборона» Игорь Коротченко рассказал «Совершенно секретно», что сегодня в России наметился некоторый прогресс в создании воздухонезависимых двигателей: «Для России это, по сути, освоение новых технологий, работы по созданию таких силовых агрегатов особенно интенсивно ведутся в последние годы, но, наверное, не так быстро как хотелось бы. Думаю, в ближайшее время их начнут устанавливать на российских подводных лодках».

Между тем еще пять лет назад положение казалось совсем отчаянным, осенью 2009 года появилась информация о возможных закупках зарубежных неатомных подводных лодок четвертого поколения для ВМФ РФ в Германии. Позже руководство ВМФ России опровергло это сообщение, заявив, что речь может идти лишь о закупке новой технологии по производству анаэробных энергетических установок. Позже выяснилось, что контракт не состоялся, поскольку немцы запросили слишком много. По некоторым данным, продавцы настаивали на покупке корабля в полном комплекте, куда входят док, учебный центр, центр материально-технического обеспечения, защищенное укрытие и программа подготовка личного состава в Германии.

Уже даже не верится, что ФРГ и СССР изначально являлись главными конкурентами в борьбе за мировой рынок подводных вооружений. Практически одновременно в середине 1980-х начали работы по созданию неатомных подводных лодок четвертого поколения. В итоге немецкие компании Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH и Thyssen Nordseewerke GmbH спроектировали и в 1998 году заложили четыре неатомные субмарины четвертого поколения проекта 212. Сейчас для подводного флота Германии эти корабли уже построены. Энергетическая установка на лодках проекта 212 включает обычную дизель-электрическую, дополненную анаэробной энергоустановкой на основе электрохимического генератора. А российские моряки по-прежнему живут надеждами и обещаниями представителей ОПК, которые заявляют, что с созданием на «Рубине» собственной воздухонезависимой силовой установки Россия, наконец, догонит Германию.

РАЗВИТИЕ НЕАТОМНЫХ ПОДЛОДОК ЗАТОРМОЗИЛОСЬ

Главной тенденцией в развитии подводных лодок всегда будет дальнейшее увеличение скрытности. Маленькие субмарины, оснащенные воздухонезависимыми силовыми установками, по мнению экспертов, считаются стандартом незаметности, и небезосновательно. Например, во время двух учений в Атлантике, прошедших в 2003 году, шведская лодка Halland с анаэробными двигателями, которая использовалась как учебная цель, переиграла в дуэльной ситуации испанскую субмарину с обычной дизель-электрической установкой, а затем и французскую атомную субмарину. Позже Halland в Средиземном море сумела уйти от американской атомной подлодки Houston (тип Los Angeles). При этом необходимо отметить, что малошумный и высокоэффективный Halland стоит в 4,5 раза дешевле своих атомных соперников.

Однако, по оценке ряда экспертов, незаметность субмарин практически достигла предела, развитие малых подводных лодок может затормозиться из-за того, что технологии создания топливных элементов воздухонезависимых силовых установок также не двигаются вперед, и дальнейшие возможности для их усовершенствования в ближайшее время не предвидятся. Так, в отчетах Американского физического общества и Национальной академии наук США отмечается: для того чтобы реализовать программу широкого применения водородной энергетики необходимо осуществить технологический прорыв не менее чем в 100 направлениях современной науки. В 2006 году федеральное финансирование водородной программы в Соединенных Штатах было прекращено. Заявлено, что создание таких топливных элементов нерентабельно.

Авторы:

Двигатель Стирлинга, принцип работы которого качественно отличается от привычного для всех ДВС, когда-то составлял последнему достойную конкуренцию. Однако на какое-то время о нем забыли. Как этот мотор используется сегодня, в чем заключается принцип его действия (в статье можно найти также чертежи двигателя Стирлинга, наглядно демонстрирующие его работу), и каковы перспективы применения в будущем, читайте ниже.

История

В 1816 году в Шотландии Робертом Стирлингом была запатентована названная сегодня в честь своего изобретателя. Первые двигатели горячего воздуха были изобретены еще до него. Но Стирлинг добавил в устройство очиститель, который в технической литературе называется регенератором, или теплообменником. Благодаря ему производительность мотора возрастала при удерживании агрегата в тепле.

Двигатель признали наиболее прочной паровой машиной из имеющихся на тот момент, так как он никогда не взрывался. До него на других моторах такая проблема возникала часто. Несмотря на быстрый успех, в начале двадцатого столетия от его развития отказались, так как он стал менее экономичным, по сравнению с появившимися тогда другими двигателями внутреннего сгорания и электродвигателями. Однако Стирлинг еще продолжал применяться в некоторых производствах.

Двигатель внешнего сгорания

Принцип работы всех тепловых моторов заключается в том, что для получения газа в расширенном состоянии необходимы большие механические усилия, чем при сжатии холодного. Для наглядной демонстрации этого можно провести опыт с двумя кастрюлями, наполненными холодной и горячей водой, а также бутылкой. Последнюю опускают в холодную воду, затыкают пробкой, затем переносят в горячую. При этом газ в бутылке начнет выполнять механическую работу и вытолкнет пробку. Первый двигатель внешнего сгорания основывался на этом процессе полностью. Правда, позже изобретатель понял, что часть тепла можно применять для подогрева. Таким образом, производительность значительно возросла. Но даже это не помогло двигателю стать распространенным.

Позже Эриксон, инженер из Швеции, усовершенствовал конструкцию, предложив охлаждать и нагревать газ при постоянном давлении вместо объема. В результате немало экземпляров стало использоваться для работы в шахтах, на судах и в типографиях. Но для экипажей они оказались слишком тяжелыми.

Двигатели внешнего сгорания от Philips

Подобные моторы бывают следующих типов:

• паровой;
• паротурбинный;
• Стирлинга.

Последний вид не стали развивать из-за небольшой надежности и остальных не самых высоких показателей по сравнению с появившимися другими типами агрегатов. Однако в 1938 году компания Philips возобновила работу. Двигатели стали служить для приводов генераторов в неэлектрофицированных районах. В 1945 году инженеры компании нашли им обратное применение: если вал раскручивать электромотором, то охлаждение головки цилиндров доходит до минус ста девяносто градусов по Цельсию. Тогда решено было применять в холодильных установках усовершенствованный двигатель Стирлинга.

Принцип работы

Действие мотора заключается в работе по термодинамическим циклам, в которых при разной температуре происходит сжатие и расширение. При этом регулирование потоком рабочего тела реализуется за счет изменяющегося объема (или давления - в зависимости от модели). Таков принцип работы большинства подобных машин, которые могут иметь разные функции и конструктивные схемы. Двигатели могут быть поршневыми или роторными. Машины с их установками работают в качестве тепловых насосов, холодильников, генераторов давления и так далее.

Помимо этого, есть моторы с открытым циклом, где регулирование потоком реализуется посредством клапанов. Именно их называют двигателями Эриксона, кроме общего названия имени Стирлинга. В ДВС полезная работа осуществляется после предварительного сжатия воздуха, впрыска топлива, нагрева полученной смеси вперемешку со сгоранием и расширения.

Двигатель Стирлинга принцип работы имеет такой же: при низкой температуре происходит сжатие, а при высокой - расширение. Но по-разному осуществляется нагрев: тепло подводится через стенку цилиндра извне. Поэтому он и получил название двигателя внешнего сгорания. Стирлинг применял периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем. Последний перемещает газ с одной полости цилиндра в другую. С одной стороны, температура постоянно низкая, а с другой - высокая. При передвижении поршня вверх газ перемещается из горячей в холодную полость, а вниз - возвращается в горячую. Сначала газ отдает много тепла холодильнику, а затем от нагревателя получает столько же, сколько отдал. Между нагревателем и холодильником размещается регенератор - полость, наполненная материалом, которому газ отдает тепло. При обратном течении регенератор возвращает его.

Система вытеснителя соединена с рабочим поршнем, сжимающим газ в холоде и позволяющим расширяться в тепле. За счет сжатия в более низкой температуре происходит полезная работа. Вся система проходит четыре цикла при прерывистых движениях. Кривошипно-шатунный механизм при этом обеспечивает непрерывность. Поэтому резких границ между стадиями цикла не наблюдается, а Стирлинга не уменьшается.

Учитывая все вышесказанное, напрашивается вывод, что этот двигатель является поршневой машиной с внешним подводом тепла, где рабочее тело не покидает замкнутое пространство и не заменяется. Чертежи двигателя Стирлинга хорошо иллюстрируют устройство и принцип его действия.

Детали работы

Солнце, электричество, ядерная энергия или любой другой источник тепла может подводить энергию в двигатель Стирлинга. Принцип работы его тела заключается в применении гелия, водорода или воздуха. Идеальный цикл обладает термическим максимально возможным КПД, равным от тридцати до сорока процентов. Но с эффективным регенератором он сможет работать и с более высоким КПД. Регенерацию, нагрев и охлаждение обеспечивают встроенные теплообменники, работающие без масел. Следует отметить, что смазки двигателю нужно очень мало. Среднее давление в цилиндре составляет обычно от 10 до 20 МПа. Поэтому здесь требуется отличная уплотнительная система и возможность попадания масла в рабочие полости.

Сравнительная характеристика

В большинстве работающих сегодня двигателей подобного рода используется жидкое топливо. При этом непрерывное давление легко контролировать, что способствует снижению уровня выбросов. Отсутствие клапанов обеспечивает бесшумную работу. Мощность с массой сопоставимы моторам с турбонаддувом, а удельная мощность, получаемая на выходе, равна показателю дизельного агрегата. Скорость и крутящий момент не зависят друг от друга.

Затраты на производство двигателя гораздо выше, чем на ДВС. Но при эксплуатации получается обратный показатель.

Преимущества

Любая модель двигателя Стирлинга имеет много плюсов:

• КПД при современном проектировании может доходить до семидесяти процентов.
• В двигателе нет системы высоковольтного зажигания, распределительного вала и клапанов. Его не нужно будет регулировать в течение всего срока эксплуатации.
• В Стирлингах нет того взрыва, как в ДВС, который сильно нагружает коленвал, подшипники и шатуны.
• В них не бывает того эффекта, когда говорят, что «двигатель заглох».
• Благодаря простоте прибора его можно эксплуатировать в течение длительного времени.
• Он может работать как на дровах, так и с ядерным и любым другим видом топлива.
• Сгорание происходит вне мотора.

Недостатки

Применение

В настоящее время двигатель Стирлинга с генератором используют во многих областях. Это универсальный источник электрической энергии в холодильниках, насосах, на подводных лодках и солнечных электрических станциях. Именно благодаря применению различного вида топлива имеется возможность его широкого использования.

Возрождение

Эти двигатели снова стали развиваться благодаря компании Philips. В середине двадцатого века с ней заключила договор General Motors. Она вела разработки для применения Стирлингов в космических и подводных устройствах, на судах и автомобилях. Вслед за ними другая компания из Швеции, United Stirling, стала заниматься их развитием, включая и возможное использование на

Сегодня линейный двигатель Стирлинга применяется на установках подводных, космических и солнечных аппаратов. Большой интерес к нему вызван из-за актуальности вопросов ухудшения экологической обстановки, а также борьбы с шумом. В Канаде и США, Германии и Франции, а также Японии идут активные поиски по развитию и совершенствованию его использования.

Будущее

Явные преимущества, которые имеет поршневой и Стирлинга, заключающиеся в большом ресурсе работы, применении разного топлива, бесшумности и малой токсичности, делают его очень перспективным на фоне мотора внутреннего сгорания. Однако с учетом того, что ДВС на протяжении всего времени совершенствовали, он не может быть легко смещен. Так или иначе, именно такой двигатель сегодня занимает лидирующие позиции, и сдавать их в ближайшее время не намерен.

5 Апреля 2014 года Данная новость была прочитана 18091 раз

"Калина" - российская подводная лодка пятого поколения с воздухонезависимой энергетической (анаэробной) установкой (ВНЭУ)

19 марта главком ВМФ России адмирал Виктор Чирков сообщил, что проект по разработке неатомной подводной лодки пятого поколения получил название «Калина» , и напомнил, что новая субмарина получит воздухонезависимую энергетическую (анаэробную) установку. Повышение боевых возможностей неатомных субмарин, а также многоцелевых, как отметил Чирков, планируется обеспечивать за счет интеграции в состав их вооружения перспективных роботизированных комплексов. Кроме того, «в дальнесрочной перспективе предусматривается создание подводных кораблей нового поколения на базе унифицированных подводных платформ», добавил адмирал.

Основу подводного флота ВМФ сейчас составляют подлодки третьего поколения. Субмарины четвертого поколения типа «Юрий Долгорукий» (проект 955, «Борей» ) и «Санкт-Петербург» (проект 677, «Лада» ) только начали поступать на вооружение флота. С мая 2010 года «Санкт-Петербург» находится на опытной эксплуатации ВМФ. К четвертому поколению АПЛ также относятся корабли проекта 885 «Ясень» . К 2021 году ВМФ планирует получить семь АПЛ «Ясень» .

Пионерами в мировой разработке ВНЭУ стали немцы, имеющие огромные традиции подплава и создавшие проект U-212/214 с анаэробной установкой. Разработку проекта «Калина» ведет Центральное конструкторское бюро морской техники (ЦКБ МТ) «Рубин» . О разработке предприятием подлодок пятого поколения гендиректор бюро Игорь Вильнит сообщал в прошлом году. «Формирование облика корабля следующего поколения началось и идет с учетом замечаний и предложений, которые поступают в ходе эксплуатации кораблей предыдущего поколения и головных кораблей новых проектов», - говорил он.

Он рассказывал о проведении научно-исследовательских работ с целью определения облика будущего корабля. Наряду с головным конструкторским бюро в этом участвуют профильные институты Минобороны и Военно-морского флота, а также контрагенты «Рубина» - основные разработчики гидроакустических комплексов, радиоэлектронного оборудования, ракетно-торпедного оружия.

Результатами такой работы стали создание проекта атомной подводной лодки «Борей-А» и модернизация проекта 636 для ВМФ РФ, улучшенный проект подлодки «Лада» .

Высокопоставленный представитель Главного штаба ВМФ заявлял ранее, что подводная лодка пятого поколения, разработка которой заявлена в госпрограмме вооружений (ГПВ) РФ до 2020 года, будет унифицированной как для баллистических ракет, так и для крылатых. Еще эти подлодки будут отличаться пониженной шумностью, автоматизацией систем управления, безопасным реактором и дальнобойным оружием.

Подводная лодка «Санкт-Петербург» (проект 677, «Лада» )

Разработку ВНЭУ планируется завершить в 2015-2016 гг. А в 2016-2017 гг., по словам Чиркова , первая новая подлодка будет построена для ВМФ. Экспериментальную установку установят на второй подводной лодке проекта 677 «Лада» . Первая лодка этого проекта «Санкт-Петербург» сейчас находится в опытной эксплуатации и использует обычную дизельную энергетическую установку.

ВНЭУ российской разработки принципиально отличается от зарубежных аналогов методом получения водорода. Чтобы не возить водород высокой чистоты на борту подлодки, в установке предусмотрено получение водорода в объеме потребления с помощью реформинга дизельного топлива.

Испытания воздухонезависимой энергетической установки должны были пройти в июне 2013 года на специальном стенде «Рубина» в Санкт-Петербурге. Как говорил источник в главкомате, осенью 2012 года установка была опробована на опытной подлодке «Саров» в акватории Белого моря, и «были выявлены определенные проблемы в работе ВНЭУ, ненадежность некоторых узлов и агрегатов».

Кроме действующего «Санкт-Петербурга» заложены «Кронштадт» и «Севастополь» . ВНЭУ должен получить «Севастополь» и «Санкт-Петербург» (при условии его удачных ходовых испытаний), а «Кронштадт» останется со старыми аккумуляторами, так как он в высокой степени готовности, и переоборудовать его еще не принятой на вооружение ВНЭУ не имеет смысла.

По словам председателя Санкт-Петербургского клуба моряков-подводников Игоря Курдина , в ряде стран, прежде всего в Германии и Швеции, проекты подобных лодок с ВНЭУ «реализованы в металле». «Во всем мире воздухонезависимые установки более известны как двигатель Стирлинга. Этот двигатель был запатентован более ста лет назад. Первая российская неатомная подводная лодка, на которой планировалось установить воздухонезависимую установку, была «Санкт-Петербург» . Но, к сожалению, этот проект не пошел. Поэтому были вынуждены сделать обычную дизель-электрическую подводную лодку. Сейчас она остается экспериментальной и должна пройти глубоководные испытания на Северном флоте», - рассказал Курдин .

По словам Курдина , подлодки пятого поколения будут делаться на базе «Санкт-Петербурга» , но главным будет создание воздухонезависимой установки, и «здесь есть большие трудности». «Создание воздухонезависимых установок - это единственный путь развития неатомных подводных лодок. Дизель-электрическим сто лет уже! Это «ныряющие» подводные лодки, потому что они вынуждены часто всплывать, чтобы производить зарядку аккумуляторных батарей. А воздухонезависимая установка позволит им оставаться под водой столько же, сколько могут атомные подлодки», - отметил эксперт.

В сравнении с АПЛ главным преимуществом подлодок с подобными установками Курдин считает их малошумность и более низкую цену.

«Атомные лодки - это турбины, а такую систему бесшумной никак не сделать. Даже такие технически развитые страны, как Япония, не имеют атомных подводных лодок, потому что считают, что это очень дорогое удовольствие. Поэтому дизель-электрические лодки должны быть заменены на подлодки с воздухонезависимыми энергоустановками», - уверен он.

Кроме этого Курдин напомнил про существующие ограничения. В Балтийском и Черном морях, согласно международным договорам, нахождение атомных подводных лодок запрещено (поэтому все атомные подлодки базируются на Северном и Тихоокеанском флотах), и «единственный выход - это создание лодок с воздухонезависимой энергоустановкой». Сейчас на Черном море у России осталась одна дизель-электрическая подлодка «Алроса» . «При том что Турция, член НАТО, имеет 14 подлодок. Соотношение далеко не в пользу России», - подчеркнул эксперт, предположив, что именно на Черном море будут прежде всего востребованы подлодки следующего поколения.

Он напомнил, что на прошлогоднем Международном военно-морском салоне была выставлена голландская дизель-электрическая подводная лодка «Долфин» . «Меня туда пригласили. Мне показали все, кроме кормового машинного отделения. По некоторым данным, у них там как раз установлена воздухонезависимая энергетическая установка, что является большим секретом, поэтому они нам ее и не показали», - полагает Игорь Курдин .

В свою очередь директор программы ПИР-центра по обычным вооружениям Вадим Козюлин согласен, что для России эта технология «исключительно необходимая». «К сожалению, для России она пока недоступна. Первые здесь немцы. Такая же технология есть у французов. Но, естественно, делиться ей с нами они не будут, поэтому нужно доходить своим умом. Это по силам сделать, так что названное Чирковым время и будет потрачено на то, чтобы приобрести эту технологию. Научный потенциал у России серьезный. За последние 20 лет военные технологии ушли вперед, а все это время флот был в роли падчерицы», - сказал Козюлин .

По его словам, технология создания подобных силовых установок для России считается приоритетной, а для «данного проекта - ключевой». «Эта технология позволяет подводной лодке находиться под водой до двадцати, а то и более суток», - отметил он, предположив, что подлодки будут востребованы на всех российских флотах.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® по материалам сайта Новости ВПК .

Другие новости по этой теме на сайте :

23.02.2014
16.03.2013
27.09.2012
18.09.2012.
10.09.2012.
18.08.2012
26.05.2012
26.04.2012

Проект 677 «Лада» - дизель-электрическая подводная лодка типа «Санкт-Петербург» / Фото: upload.wikimedia.org

Опытный образец воздухонезависимой энергетической установки (ВНЭУ) для российских неатомных подлодок создан и уже работает, сообщил журналистам в пятницу гендиректор ЦКБ "Рубин" Игорь Вильнит.

Главнокомандующий ВМФ РФ адмирал Виктор Чирков сообщил в августе журналистам, что с 2017 года Россия приступает к строительству неатомных подлодок нового поколения с анаэробной установкой.

Главное преимущество ВНЭУ — увеличение скрытности подводной лодки. Субмарина получает возможность находиться под водой без всплытия для зарядки батарей. Планируется, что в 2015 году первая ВНЭУ будет установлена на подводной лодке проекта 677 "Лада", сообщает РИА Новости .

Техническая справка

Анаэробные энергетические установки на основе двигателей Стирлинга

Современные тенденции развития подводного флота свидетельствуют о необходимости оснащения неатомных подводных лодок (НАПЛ) воздухонезависимыми (анаэробными) вспомогательными энергетическими установками.

Наиболее перспективным направлением в области создания анаэробных энергетических установок является использование в них двигателей Стирлинга. Б есшумность в работе, высокий к.п.д. (до 40%), многотопливность и значительный моторесурс современных двигателей Стирлинга (около 60 тыс. часов), позволяют рекомендовать его как универсальный двигатель для всех типов НАПЛ - малого, среднего и большого водоизмещения, а также для большинства типов подводных аппаратов, использование которых возможно в интересах геологоразведки, освоения континентального шельфа, экологического монито­ ринга, ликвидации последствий аварий на море и т.д.

Существующие типы анаэробных установок для подводных лодок

Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг-технологии» является единственной в России компанией, специалисты которой имеют многолетний опыт проектирования анаэробных установок с двигателями Стирлинга для специальных объектов различного функционального назначения: объектов космического назначения, подводных технических средств и др. Технические решения защищены более 40 патентами РФ.

Специалистами компании разработана анаэробная энергетическая установка для перспективной подводной лодки XXI века на основе двигателя Стирлинга и сжиженного природного газа в качестве горючего.

Перспектиная неатомная подводная лодка с анаэробной установкой на основе двигателя Стирлинга и криогенных компонентов топлива (жидкий метан, жидкий кислород)

Анаэробные энергетические установки на основе двигателей Стирлинга, созданные специалистами ООО «ИИЦ «Стирлинг-технологии» защищены патентами РФ. ООО «ИИЦ «Стирлинг-технологии» владеет исключительными правами на использование данных технических решений на территории Российской Федерации.