Внеу принцип дії. «Бойовий потенціал неатомного флоту»: як нові енергетичні установки підсилять міць підводних човнів Росії. Роль паливних елементів

Двигун Стірлінга, принцип роботи якого якісно відрізняється від звичного для всіх ДВС, колись складав останньому гідну конкуренцію. Однак на якийсь час про нього забули. Як цей мотор використовується сьогодні, в чому полягає принцип його дії (в статті можна знайти також креслення двигуна Стірлінга, які наочно демонструють його роботу), і які перспективи застосування в майбутньому, читайте нижче.

Історія

У 1816 році в Шотландії Робертом Стірлінгом була запатентована названа сьогодні в честь свого винахідника. Перші двигуни гарячого повітря були винайдені ще до нього. Але Стірлінг додав в пристрій очищувач, який в технічній літературі називається регенератором, або теплообмінником. Завдяки йому продуктивність мотора зростала при утриманні агрегату в теплі.

Двигун визнали найбільш міцної паровою машиною з наявних на той момент, так як він ніколи не вибухав. До нього на інших моторах така проблема виникала часто. Незважаючи на швидкий успіх, на початку двадцятого століття від його розвитку відмовилися, так як він став менш економічним, порівняно з появою тоді іншими двигунами внутрішнього згоряння і електродвигунами. Однак Стірлінг ще продовжував застосовуватися в деяких виробництвах.

Двигун зовнішнього згорання

Принцип роботи всіх теплових двигунів полягає в тому, що для отримання газу в розширеному стані необхідні великі механічні зусилля, ніж при стисканні холодного. Для наочної демонстрації цього можна провести досвід з двома каструлями, наповненими холодною і гарячою водою, а також пляшкою. Останню опускають в холодну воду, затикають пробкою, потім переносять в гарячу. При цьому газ в пляшці почне виконувати механічну роботу і виштовхне пробку. Перший двигун зовнішнього згоряння грунтувався на цьому процесі повністю. Правда, пізніше винахідник зрозумів, що частина тепла можна застосовувати для підігріву. Таким чином, продуктивність значно зросла. Але навіть це не допомогло двигуну стати поширеним.

Пізніше Еріксон, інженер зі Швеції, удосконалив конструкцію, запропонувавши охолоджувати і нагрівати газ при постійному тиску замість обсягу. В результаті чимало примірників стало використовуватися для роботи в шахтах, на судах і в друкарнях. Але для екіпажів вони виявилися занадто важкими.

Двигуни зовнішнього згорання від Philips

Подібні мотори бувають наступних типів:

парової;
паротурбінний;
Стірлінга.

Останній вид не стали розвивати через невелику надійності і інших не найвищих показників у порівнянні з появою іншими типами агрегатів. Однак в 1938 році компанія Philips відновила роботу. Двигуни стали служити для приводів генераторів в неелектрофіцірованних районах. У 1945 році інженери компанії знайшли їм зворотне застосування: якщо вал розкручувати електромотором, то охолодження головки циліндрів доходить до мінус ста дев'яносто градусів за Цельсієм. Тоді вирішено було застосовувати в холодильних установках вдосконалений двигун Стірлінга.

Принцип роботи

Дія мотора полягає в роботі по термодинамічних циклів, в яких при різній температурі відбувається стиснення і розширення. При цьому регулювання потоком робочого тіла реалізується за рахунок змінюється обсягу (або тиску - в залежності від моделі). Такий принцип роботи більшості подібних машин, які можуть мати різні функції і конструктивні схеми. Двигуни можуть бути поршневими або роторними. Машини з їх установками працюють в якості теплових насосів, холодильників, генераторів тиску і так далі.

Крім цього, є мотори з відкритим циклом, де регулювання потоком реалізується за допомогою клапанів. Саме їх називають двигунами Еріксона, крім загальної назви імені Стірлінга. У ДВС корисна робота здійснюється після попереднього стиснення повітря, упорскування палива, нагрівання отриманої суміші упереміш зі згорянням і розширення.

Двигун Стірлінга принцип роботи має такий же: при низькій температурі відбувається стиснення, а при високій - розширення. Але по-різному здійснюється нагрів: тепло підводиться через стінку циліндра ззовні. Тому він і отримав назву двигуна зовнішнього згоряння. Стірлінг застосовував періодична зміна температури з витіснювальний поршнем. Останній переміщує газ з однієї порожнини циліндра в іншу. З одного боку, температура постійно низька, а з іншого - висока. При пересуванні поршня вгору газ переміщається з гарячої в холодну порожнину, а вниз - повертається в гарячу. Спочатку газ віддає багато тепла холодильника, а потім від нагрівача отримує стільки ж, скільки віддав. Між нагрівачем і холодильником розміщується регенератор - порожнина, наповнена матеріалом, якому газ віддає тепло. При зворотному перебігу регенератор повертає його.

Система витіснювача з'єднана з робочим поршнем, стискає газ в холоді і дозволяє розширюватися в теплі. За рахунок стиснення в більш низькій температурі відбувається корисна робота. Вся система проходить чотири цикли при переривчастих рухах. Кривошипно-шатунний механізм при цьому забезпечує безперервність. Тому різких кордонів між стадіями циклу не спостерігається, а Стірлінга не зменшується.

З огляду на все вищесказане, напрошується висновок, що цей двигун є поршневий машиною із зовнішнім підведенням тепла, де робоче тіло не покидає замкнутий простір і не замінюється. Креслення двигуна Стірлінга добре ілюструють пристрій і принцип його дії.

деталі роботи

Сонце, електрику, ядерна енергія або будь-який інший джерело тепла може підводити енергію в двигун Стірлінга. Принцип роботи його тіла полягає в застосуванні гелію, водню або повітря. Ідеальний цикл має термічним максимально можливим ККД, рівним від тридцяти до сорока відсотків. Але з ефективним регенератором він зможе працювати і з більш високим ККД. Регенерацію, нагрівання та охолодження забезпечують вбудовані теплообмінники, що працюють без масел. Слід зазначити, що мастила двигуна потрібно дуже мало. Середній тиск в циліндрі становить зазвичай від 10 до 20 МПа. Тому тут потрібно відмінна ущільнювальна система і можливість попадання масла в робочі порожнини.

Порівняльна характеристика

У більшості працюючих сьогодні двигунів подібного роду використовується рідке паливо. При цьому безперервний тиск легко контролювати, що сприяє зниженню рівня викидів. Відсутність клапанів забезпечує безшумну роботу. Потужність з масою порівнянні моторам з турбонаддувом, а питома потужність, що отримується на виході, дорівнює показнику дизельного агрегату. Швидкість і крутний момент не залежать одне від одного.

Витрати на виробництво двигуна набагато вище, ніж на ДВС. Але при експлуатації виходить зворотний показник.

переваги

Будь-яка модель двигуна Стірлінга має багато плюсів:

ККД при сучасному проектуванні може доходити до сімдесяти відсотків.
У двигуні немає системи високовольтного запалювання, розподільного валу і клапанів. Його не потрібно буде регулювати протягом всього терміну експлуатації.
У Стірлінга немає того вибуху, як в ДВС, який сильно навантажує колінвал, підшипники і шатуни.
У них не буває того ефекту, коли говорять, що «двигун заглох».
Завдяки простоті приладу його можна експлуатувати протягом тривалого часу.
Він може працювати як на дровах, так і з ядерним і будь-яким іншим видом палива.
Згорання відбувається поза мотора.

недоліки

застосування

В даний час двигун Стірлінга з генератором використовують у багатьох областях. Це універсальне джерело електричної енергії в холодильниках, насосах, на підводних човнах і сонячних електростанціях. Саме завдяки застосуванню різного виду палива є можливість його широкого використання.

Відродження

Ці двигуни знову стали розвиватися завдяки компанії Philips. В середині двадцятого століття з нею уклала договір General Motors. Вона вела розробки для застосування Стірлінга в космічних і підводних пристроях, на судах і автомобілях. Слідом за ними інша компанія з Швеції, United Stirling, стала займатися їхнім розвитком, включаючи і можливе використання на

Сьогодні лінійний двигун Стірлінга застосовується на установках підводних, космічних і сонячних апаратів. Великий інтерес до нього викликаний через актуальності питань погіршення екологічної обстановки, а також боротьби з шумом. У Канаді і США, Німеччини і Франції, а також Японії йдуть активні пошуки щодо розвитку та вдосконалення його використання.

майбутнє

Явні переваги, які має поршневий і Стірлінга, які полягають у великому ресурсі роботи, застосуванні різного палива, безшумність і малої токсичності, роблять його дуже перспективним на тлі двигуна внутрішнього згоряння. Однак з урахуванням того, що ДВС протягом усього часу вдосконалювали, він не може бути легко усунутий. Так чи інакше, саме такий двигун сьогодні займає лідируючі позиції, і здавати їх найближчим часом не має наміру.

МОСКВА 23 серпня - РІА Новини, Андрій Коц. Дизель-електричні підводні човни (ДЕПЧ) незамінні в прибережних і мілководних районах, куди далеко не завжди можуть пройти їх більш важкі атомні побратими. Сучасні російські ДЕПЧ - грізне і універсальна зброя, але в порівнянні з атомними підводними човнами у них є один серйозний недолік. Якщо атомохід здатний перебувати під водою скільки завгодно довго, поки не закінчиться продовольство, то дизельні субмарини змушені періодично спливати для зарядки акумуляторних батарей генераторами. Втім, завдяки воздухонезавісімим енергетичних установок (ВНЕУ) деякі сучасні "дізелюхі" обходяться і без цього.

без спливання

Будь-яка субмарина, незалежно від конструкції, водотоннажності, озброєння і вишколу екіпажу, в надводному положенні беззахисна, як кошеня перед зграєю собак. Човен не має значущої корабельної артилерією, здатної дати відсіч швидкісним катерам абордажних команд супротивника. Не зможе відбитися від нальоту протичовнової авіації або протикорабельних ракет. І навіть якщо встигне терміново зануритися, навряд чи піде від "загоничів", вже точно визначили її координати. У мирний час це загрожує зривом "автономки". У воєнний - загибеллю човни і її екіпажу.

Мотори неатомного підводного човна наводяться в рух акумуляторними батареями, заряду яких вистачає максимум на чотири доби, якщо субмарина йде зі швидкістю до п'яти вузлів. Якщо ж дана команда "Повний вперед!", Батареї сядуть через кілька годин. Їх максимальна зарядка бортовими дизель-генераторами займає близько двох діб, для цього необхідний кисень, тому човен змушена спливати. Звичайно, можна використовувати режим роботи двигуна під водою (РДП). В цьому випадку підводний човен піднімає над поверхнею води трубу-шнорхель, через яку і надходить повітря. Однак спосіб, активно використовувався ще в середині минулого століття, сьогодні різко підвищує ймовірність виявлення субмарини радіолокаційними, інфрачервоними, оптико-електронними та акустичними засобами супротивника.

Воздухонезавісімому, або анаеробного, двигуну прямий доступ до атмосфери не потрібно. В даний час в світі існує чотири основні типи ВНЕУ: дизельний двигун замкнутого циклу, двигун Стірлінга, паливні елементи (електрохімічний генератор) і паротурбінна установка замкнутого циклу. Вони повинні відповідати наступним вимогам: низький рівень шумності, мале тепловиділення, прийнятні масогабаритні характеристики, простота і безпека експлуатації, великий ресурс і невисока вартість.

Важливо відзначити, що технологія виготовлення ВНЕУ дуже складна і наукомістка. У світі не так багато країн, що освоїли її повністю. ВМС США темою ВНЕУ не цікавилися, вважаючи за краще перевести весь підводний флот на атомну енергію. Тим же шляхом пішли і французи, які побудували проте експортні субмарини типу "Скорпіо". Ці невеликі човни працюють від турбін по замкнутому циклу, використовуючи етанол і рідкий кисень. Автономність без спливання - близько трьох тижнів.

Німці взяли іншу стратегію і на початку нульових представили серію підводних човнів проекту U-212/214. У цих субмарин "гібридна" енергетична установка: в режимі РДП або для ходу в надводному положенні акумулятори заряджаються дизельним генератором потужністю 1050 кіловат. А під водою для економічного ходу в справу вступає воздухонезавісімий двигун Siemens SINAVY Permasin. Його приводить в дію енергетична установка з дев'яти протон-обмінних паливних елементів, що включають цистерни з вакуумним киснем і ємності з гидридом металу. Ці елементи і забезпечують обертання гребних гвинтів.

Роль паливних елементів

Сьогодні в Росії немає дизель-електричних підводних човнів з воздухонезавісімой енергетичною установкою, проте вони повинні з'явитися в найближчі роки. Представники Міноборони неодноразово стверджували, що перші ВНЕУ отримають субмарини проекту 677 "Лада". Проте прийнятий в лад "Санкт-Петербург" і будуються "Кронштадт" і "Великі Луки" як і раніше повністю залежать від дизель-генераторів. А ось наступну човен проекту, яку спустять на воду до 2025 року, вже оснастять анаеробної енергетичною установкою власного виробництва. Більшість даних про цю розробку строго засекречені, але відомо, що в основу її конструкції закладений парової реформінг з електрохімічним генератором на твердотільних елементах.

"Експерименти з ВНЕУ проводили ще в Радянському Союзі, - розповів РІА Новини головний редактор журналу" Арсенал Вітчизни "Віктор Мураховський. - Створити нову силову установку на сучасній елементній базі і відповідає вимогам сьогоднішнього дня досить складно. Раніше вона мала забезпечувати запас окисляє компонента для роботи двигуна внутрішнього згоряння. Зараз же підхід інший - харчування силової установки паливними елементами. Головний світовий тренд - повний перехід на електродвіженіем без використання диз Єльне генераторів. У цьому випадку паливні елементи з великою енергетичною ємністю будуть безпосередньо живити електродвигуни. Необхідності спливати просто не виникне ".

Конструкторське бюро "Рубін", до слова, повідомляло про готовність представити воздухонезавісімую енергетичну установку для неатомних підводних човнів в 2021-2022 роках. А в квітні поточного року макетний зразок ВНЕУ з газотурбінним двигуном замкнутого циклу успішно випробувало КБ "Малахіт". Новинку передбачається використовувати в малих підводних човнах, які поки існують тільки у вигляді макетів.

імпортозаміщення

"Ми розробили лінійку малих підводних човнів водотоннажністю від двохсот до тисячі тонн, - повідомив РІА Новини провідний конструктор КБ" Малахіт "Ігор Караваєв. - Одне з головних їхніх переваг - застосування ВНЕУ. Ці човни зможуть комфортно себе почувати в проливних зонах, мілководних районах, гаванях і навіть будуть здатні заходити у ворожі порти і на військово-морські бази. Висока скритність, невеликі габарити і можливість тижнями залишатися під водою без спливання робить їх ідеальними розвідниками і дозволяє наносити раптовий уд р по кораблям і ключових об'єктах прибережної інфраструктури ".

За словами Віктора Мураховського, щоб вийти на власне серійне виробництво воздухонезавісімих енергетичних установок і масово ставити їх на підводні човни, необхідно формувати гігантський науково-технічні напрацювання для створення паливних елементів, які будуть живити електродвигуни підводного флоту. У якості більш дешевої і простий альтернативи він розглядає розробку перспективних літій-полімерних акумуляторів, які працюють на одній "підзарядці" набагато довше, ніж наявні сьогодні в ВМФ аналоги. "Однак їх виробництво, судячи з усього, доведеться починати з нуля, тому що на Заході нам такі технології ніхто не продасть. А якщо і продасть, то в один прекрасний день може просто перекрити поставки", - додав експерт.

без спливання

Роль паливних елементів

імпортозаміщення

найбільша дизельна силова установка компанії «Hyundai Heavy Industries» потужністю 108900 л. с.

теплохід

Історія теплохода налічує шість десятиліть, але судна з двигунами внутрішнього згоряння вже міцно займають провідне місце в. Це пояснюється, перш за все, високою економічністю і можливістю побудови двигунів різних потужностей від 100 до 30000 л. с.

Батьківщиною теплохода є Росія. У 1896 році свій двигун внутрішнього згоряння запатентував німецький інженер Рудольф Дизель, а в 1904 році за пропозицією російського вченого-кораблебудівника К. П. Боклевского двигун внутрішнього згоряння Дизеля, був встановлений на судні « вандал», Побудованому в 1903 році. перший теплохід « вандал»Був одночасно і дизель-електрохід. Електричну передачу використовували для усунення труднощів реверсування, так як перші суднові дизельні силові установки мали обертання в одну сторону і їх не можна було переключити з переднього ходу на задній. У 1907 році російський інженер Р. А. Корейво винайшов пневматичну муфту, яка полегшила реверсування двигуна. Згодом муфта набула поширення у всьому світі. дизельні силові установки відразу зайняли провідні позиції в суднобудуванні. Вже в 1914 році їх потужності досягли 2500 л. с.

У 60-х роках одночасно з появою гвинтів регульованого кроку в якості головного двигуна стали застосовувати не реверсивні дизельні силові установки спочатку на невеликих судах, траулерах і буксирах, а потім і на великих комерційних кораблях. За рахунок цього конструкція двигунів удосконалювалася і спрощувалася.

Дизельний силовий ВСТАНОВЛЕННЯ АБО Двигуни внутрішнього згоряння

Дизельна силова установка складається з одного або декількох основних двигунів, а також з обслуговуючих їх механізмів. Залежно від способу здійснення робочого циклу двигуни внутрішнього згоряння поділяють на чотиритактні і двотактні. Додаткове збільшення потужності досягається за допомогою наддуву. Існує інший принцип поділу двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) - по частоті обертання. Малооборотних дизелі з частотою обертання 100-150 оборотів в хвилину безпосередньо надають руху судновий рушій. Середньооборотних називають ДВС з частотою обертання 300-600 оборотів в хвилину. Вони надають руху судновий через редуктор.

Крім головного двигуна передбачені ще два допоміжних, які приводять в обертання генератори. Для обслуговування головного і допоміжних двигунів використовуються допоміжні механізми і системи, а також система трубопроводів і клапанів. Паливна система призначена для подачі палива з цистерн до двигуна. При цьому для зменшення в'язкості паливо підігрівається і очищається в сепараторах і фільтрах від різних домішок. Система змащення служить для прокачування мастила через двигун з метою зменшення тертя між поверхнями, що труться, а також для відведення частини отриманого від двигуна тепла і очищення масла. Система охолодження передбачена для відводу від двигуна тепла, яке проникає в основному через стінки циліндра і виникає під час спалювання палива, а також для охолодження циркулюючого мастила. Ця система складається з насосів для прісної і морської води, охолоджувачів води і масла.

дизельна силова установка

Принцип дії чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння показаний на малюнку 5. У чотиритактному двигуні робочий цикл здійснюється за два повороту колінчастого вала, т. Е. За чотири ходи поршня. Механічна робота виконується тільки за час одного такту, три інших служать для підготовки. При першому такті поршень рухається в напрямку колінчастого вала. Під впливом виникає при цьому розрідження повітря через відкритий всмоктуючий клапан спрямовується в циліндр. У дизельної силовій установці без наддуву тиск всмоктуваного повітря дорівнює атмосферному, в дизельної силової установки з наддувом до циліндра підводиться вже попередньо стиснене повітря. Під час другого такту при закритих всмоктуючих клапанах попередньо надійшов повітря перед поршнем піддається стиску, за рахунок чого підвищуються температура і тиск. Топливоподкачивающий насос, привід якого погоджено з рухом відповідного поршня, підвищує тиск палива. При досягненні необхідного тиску паливо через форсунку впорскується в циліндр.

Паливо впорскується незадовго до того моменту, коли поршень досягне верхнього положення. Впорснути і ретельно розпорошену паливо в стислому повітрі нагрівається, випаровується і разом з повітрям утворює гарячу самозаймається суміш. Третій такт є робочим. Під час процесу згоряння палива утворюються гарячі гази, які викликають збільшення тиску над поршнем. Під тиском сили, що виникає за рахунок тиску газів, поршень рухається вниз, гази розширюються і виробляють при цьому механічну роботу. Під час четвертого такту відкривається випускний клапан, і відпрацьовані гази виходять назовні. чотиритактні суднові дизельні установки виготовляються як багатоциліндрові двигуни. Вони влаштовані так, що робочі такти рівномірно розподіляються по окремих циліндрах.

Під наддувом дизельного двигуна розуміють подачу до циліндрів більшої кількості повітря, який потрібно для заповнення всього циліндра при такті всмоктування. Мета наддуву полягає в тому, щоб сприяти спалюванню найбільшої кількості палива за один робочий цикл. Це означає підвищення потужності двигуна без збільшення його розмірів, а також частоти обертання. Наддув можна здійснювати за рахунок попереднього стиснення повітря перед циліндром. У всіх випущених чотиритактних суднових дизельних силових установках попереднє стиснення повітря відбувається за допомогою відцентрового компресора, який приводиться в дію газовою турбіною, що працює на відпрацьованих газах дизеля.

Чотиритактні дизелі застосовують на судах або в складі дизель-генераторних установок, або в якості головного двигуна в многовальних силових установках (По одному ДВС на один рушій) і, відповідно, в багатодвигунових установках для одного рушія. Застосування середньооборотних дизельних силових установок в якості головного двигуна має такі переваги:

Підвищення надійності (при виході з ладу одного двигуна інші продовжують працювати);
- зменшення габаритів і власної маси деталей (клапанів, поршнів, кривошипних механізмів, підшипників і т. Д.);
- зниження питомої маси, яка в залежності від потужності становить від 14 до 35 кг / кВт (для потужностей близько 2200 кВт).
Сучасні дизельні силові установки відрізняються високою економічністю і надійністю, вони не вимагають капітального ремонту до 50000 годин.

ДИЗЕЛЬ-електрохід

Першим дизель-електрохід був, як уже згадувалося вище, російський теплохід « вандал», Але дизель-електроходи не набули великого поширення. Втрати при подвійному перетворенні енергії (механічної в електричну, а потім електричної знову в механічну) досить великі і становлять 15 відсотків. Але разом з тим для деяких електродвигун є єдино прийнятним. Це суду з частою зміною режимів навантаження гребний установки, кораблі, що вимагають підвищених маневрових якостей, які тривалий час працюють із зниженою потужністю. Такими судами є криголами, китобійні судна, і деякі інші.

газотурбоходи

Характерні риси газотурбінної установки - невелика вага і малі габарити, простота обслуговування і безвідмовність в роботі. Газотурбінні установки складаються з генератора газу і турбіни.

Застосувати газові турбіни на судах вперше запропонував російський офіцер Назаров. У 1892 році Кузьмінський створив газотурбінну установку. В СРСР в 1961 році був побудований газотурбохід « павич Виноградов». Його силова установка складалася з чотирьох вільно-поршневих генераторів газу, які б виробляли робочий газ для турбіни потужністю 3800 л. с., водотоннажність судна становила 9080 тонн, швидкість ходу - 15,6 вузла.

У сучасних газових турбінах максимальний коефіцієнт корисної дії становить близько 29 відсотків.

ПРИНЦИП ДІЇ ГАЗОТУРБІННИХ СИЛОВИХ УСТАНОВОК

На сьогоднішній день перемога, як ніби-то, залишилася за дизелями. У всякому разі, понад 50% існуючого світового тоннажу - теплоходи. Але зараз бурхливими темпами зростає число спущених на воду суден-гігантів, і т. Д. Для повідомлення цим «судам гігантам» заданої швидкості потрібні потужності, які не завжди можуть бути досягнуті двигунами внутрішнього згоряння.

Для поршневий парової машини був знайдений еквівалент в вигляді дизельної установки, в якій згоряння здійснюється безпосередньо у робочому циліндрі і для якого вже не потрібен спеціальний паровий котел. Фахівці, що працюють в області турбобудування, також зуміли знайти еквівалент паровій турбіні, яка могла б успішно функціонувати без окремого парового котла. Такий двигун - газова турбіна - поєднує в собі переваги дизельної силової установки і парової турбіни: не потребує парових котлах, а як турбіна - не містить елементів, що здійснюють зворотно-поступального руху (поршнів, штоків і т. Д.).

У найпростішому варіанті газова турбіна - це свого роду «турбіна внутрішнього згоряння», в якій повітря засмоктується з атмосфери за допомогою компресора, стискається тиском кілька атмосфер, і направляється в камеру згоряння, де спалюється соляровое масло, «флотський» мазут або інші види дешевого палива. Утворені при згорянні гази, нагріті до температури 600 - 800 ° за Цельсієм, обертають диски турбіни. Відпрацьовані продукти згорання палива або видаляються в атмосферу, або використовуються для підігріву повітря, що надходить в камеру згоряння.

Газова турбіна відноситься до числа досить перспективних енергетичних установок, що володіють великою потужністю при малому вазі. Недолік її, як і парової турбіни - це практична неможливість її реверсування, внаслідок чого на судні доводиться передбачати окрему турбіну заднього ходу. Втім, з появою гвинтів регульованого кроку і допоміжних гвинтів, розташованих в носовій частині судна проблема реверсу і маневрів помітно спростилася, так як при певному положенні лопатей гвинта турбіна переднього ходу може повідомляти судну рух назад. Більш серйозним недоліком газової турбіни є її низький ККД, порядку 30 відсотків, і порівняно велика витрата палива. Але все ж є всі підстави припускати, що в міру створення більш економічних газотурбінних установок вони знайдуть саме широке поширення.

Принцип дії газотурбінного нагнітача показаний на малюнку 6. Принцип дії газотурбінної силової установки показаний на малюнку 7.

принцип дії газотурбінного нагнітача

принцип дії газової турбіни

Газотурбінні двигуни встановлюють в основному на кораблях військово-морського флоту. На комерційних судах вони не виправдали себе - на сьогоднішній день газові турбіни застосовуються тільки на невеликій кількості судів. Причинами що знизився інтересу до цього виду двигунів є малий ККД, досить велика витрата палива і висока робоча температура, яка потребує застосування високоміцних і дорогих матеріалів. До переваг газотурбінного двигуна відносяться малі габаритні розміри в порівнянні з досягається потужністю і невелика власна маса. Газові турбіни можна також використовувати в якості головних і допоміжних двигунів на або.

ротор турбіни

атомохода

Успіхи сучасної науки у використанні атомної енергії дозволили застосувати на флоті новий вид палива - ядерне. У 1956 році в СРСР був спущений на воду перший атомохід «Ленін». Вибір криголама для установки на ньому ядерного реактора був не випадковий. цього типу можуть брати палива не більше ніж на 40 діб плавання, ядерне пальне дозволяє атомохід працювати в льодах Арктики без поповнення запасів палива більше року.

Але першими, і мабуть, єдиними комерційними судами з ядерної енергетичною установкою стали вантажопасажирські суду « Savannah»Побудоване в 1964 році,« Otto Hahn»- 1968 році,« Mutsu Japan»- 1970 році і - 1988 році.

судно з атомною енергетичною установкою «Savannah»

« Savannah»- вантажопасажирський атомохід, Побудований на верфі « New York Shipbuilding», США. Вартість судна склала 46,9 мільйонів доларів, з них 28,3 мільйона склала вартість реактора. Будівництво фінансував уряд США, як проект для демонстрації можливостей ядерної енергетики. Судно було спущено на воду 21 липня 1959 року і служило з 1962 по 1972 роки.

Технічні характеристики вантажно-пасажирського судна «Savannah»:
Довжина - 181,6 м;
Ширина - 23,7 м;
Водотоннажність - 13599 тонн;
Силова установка - 1 атомний реактор;
Потужність - 20300 л.с .;
Швидкість - 24 вузла;

Екіпаж 124 людини;
Кількість пасажирів - 60 осіб;
Вантажомісткість - 8500 тонн;

судно з атомною енергетичною установкою «Otto Hahn»

Проектування торгового і дослідницького судна для з'ясування доцільності використання атомної енергії в цивільному флоті почалося і в Німеччині. судно « Otto Hahn»Було закладено в 1963 році компанією« Howaldtswerke-Deutsche Werft»В місті Кіль. Спуск на воду відбувся в 1964 році. судно було названо на честь Отто Гана, видатного німецького радіохімік, нобелівського лауреата, який відкрив ядерну ізомерію і розщеплення урану. У 1968 році був запущений атомний реактор судна і почалися ходові випробування. У жовтні того ж року « Otto Hahn»Було сертифіковано як.

Технічні характеристики вантажопасажирські суду «Otto Hahn»:
Довжина - 172,0 м;
Ширина - 23,4 м;
Водотоннажність - 25790 тонн;
Силова установка - 1 атомний реактор, потужністю 38 МВт;
Швидкість - 29 вузлів;
Автономність плавання - 300000 миль;
Екіпаж - 63 людини;
Кількість пасажирів - 35 осіб;
Вантажомісткість - 14040 тонн;

До незаперечних переваг відносяться дуже низьку витрату палива і практично необмежена дальність плавання. Наприклад, судно « Otto Hahn»За три роки не витратило навіть 20 кг урану, в той час як витрата палива звичайної паротурбінної енергетичною установкою на судні таких розмірів склав 40000 тонн. Незважаючи на ці переваги, атомні енергетичні установки широко застосовуються тільки на бойових кораблях. Особливо вигідно їх використовувати на великих підводних човнах, які довгий час можуть перебувати під водою, так як для отримання теплової енергії в реакторі повітря не потрібно.

ПРИНЦИП ДІЇ АТОМНИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК

До енергетичній установці судна з атомним двигуном відносяться реактор, парогенератор і турбінна установка, що приводить в рух судновий рушій. Реактор - це установка для отримання ядерних ланцюгових реакцій, під час яких виникає енергія, перетворюються далі в механічну. Принцип дії ядерного реактора показаний на малюнку 8.

принцип дії ядерного реактора

Відомо, що енергія, що виділяється при використанні 1 кг урану, приблизно дорівнює енергії, одержуваної при згорянні 1500 тонн мазуту. Серцем ядерної установки є реактор: в ньому здійснюється керована ядерна реакція, в результаті якої утворюється тепло, що відводиться за допомогою теплоносія - води. Радіоактивна вода-теплоносій перекачується в парогенератор, де за рахунок її тепла відбувається утворення пара з не радіоактивні води. Пара іде на диски турбін, які приводять в обертання турбогенератори, що працюють на гребні електродвигуни, а останні обертають гребні гвинти. Відпрацьована пара прямує в конденсатор, де він знову перетворюється в воду і нагнітається в парогенератор. Принцип дії атомної енергетичної установки показаний на малюнку 9.

схема атомної енергетичної установки з реактором, що охолоджується водою під тиском

Велика увага приділяється безпеці експлуатації ядерної установки, так як знаходяться на судні люди в якійсь мірі схильні до небезпеки радіоактивного опромінення, тож ядерний реактор ізольований від навколишнього середовища захисним екраном, що не пропускає шкідливі радіоактивні промені. Зазвичай застосовуються подвійні екрани. Первинний екран оточує реактор і виготовляється з свинцевих пластин з поліетиленовим покриттям і з бетону. Вторинний екран оточує парогенератор і містить в собі весь перший контур високого тиску. Цей екран в основному виготовляють з бетону товщиною від 500 мм до 1095 мм, а також з свинцевих пластин товщиною 200 малий і поліетилену товщиною 100 мм. Обидва екрани вимагають багато місця і мають дуже велику масу. Наявність таких екранів є великим недоліком атомних енергетичних установок. Розташування атомної енергетичної установки на судна показано малюнку 10. Іншим, ще більш істотним недоліком, є, незважаючи на всі захисні заходи, небезпека зараження навколишнього середовища як під час нормального функціонування енергетичної установки внаслідок відходів використаного палива, випуску трюмної води з реакторного відсіку і т . д., так і під час випадкових аварій судна і атомної енергетичної установки.

ядерна енергетична установка на судні

АЛЬТЕРНАТИВНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ

принцип дії двигуна Стерлінга

Ще до Другої світової війни кораблестроителями робилися спроби створити для підводних човнів якусь альтернативу дизель-електричної енергетичної установки - так званий єдиний двигун для надводного і підводного ходу. З різних причин в той час все ці спроби не вийшли зі стадії експериментів, але вже в 1960-х роках до них знову повернулися. Це було викликано відразу декількома причинами. По-перше, Балтійське море оголошено без'ядерною зоною, що має на увазі відсутність у прибалтійських країн кораблів з ядерними силовими установками. По-друге, з політичних мотивів такі не можуть перебувати на озброєнні Німеччина та Японія. По-третє, будівництво і експлуатаційне обслуговування атомних підводних човнів для багатьох країн не по кишені. Найбільш продуктивно над створенням єдиного НЕ ядерного двигуна працювали в Швеції, Нідерландах, Великобританії і Німеччині.

Але разом з тим для деяких типів суден електродвигун є єдино прийнятним. Це суду з частої зміною режимів навантаження гребний установки, кораблі, що вимагають підвищених маневрових якостей, які тривалий час працюють із зниженою потужністю. Такими судами є криголами, буксири, пороми, китобійні судна, Драгер і деякі інші.

Двигун Стерлінга є теплової поршневої двигун із зовнішнім підведенням теплоти, в замкнутому просторі якого циркулює постійне робоче тепло (газ), що нагрівається від зовнішнього джерела тепла і вчиняє корисну роботу за рахунок свого расширения. Принцип дії двигуна Стерлінга показаний на малюнку 11.

На відміну від двигуна внутрішнього згоряння двигун Стерлінга має в циліндрі дві змінні за обсягом порожнини - гарячу і холодну. Робоче тіло стискається в холодній порожнини і надходить в гарячу, потім після нагрівання газ рухається в зворотному напрямку і надходить в холодну порожнину, де, розширюючись, виробляє корисну роботу. Таке двобічний рух газу забезпечується наявністю двох поршнів в кожному циліндрі: поршня-витискувача, що регулює перетік газу, і робочого поршня, що здійснює корисну роботу. Обсяг гарячої порожнини і верхньої частини циліндра регулюється поршнем-витіснювачем, а обсяг холодної порожнини, що знаходиться між обома поршнями, - їх спільним переміщенням. Обидва поршня пов'язані механічно і здійснюють узгоджене рух, що забезпечується спеціальним механізмом, одночасно заміняє кривошипно-шатунний механізм.

При роботі двигуна можна виділити чотири основних послідовних положення поршнів, що визначають робочий цикл двигуна:
а) - робочий поршень в крайньому нижньому положенні, поршень-витіснювач - в крайньому верхньому. При цьому велика частина газу знаходиться між ними в холодному просторі (охолодження);
б) - поршень-витіснювач знаходиться у верхньому положенні, а робочий поршень рухається вгору, стискаючи холодний газ (стиснення);
в) - поршень-витіснювач рухається вниз, наближаючись до робочого поршня й витісняючи газ в гарячу порожнину (нагрівання);
г) - гарячий газ розширюється, здійснюючи корисну роботу впливом на робочий поршень (розширення). На шляху газу встановлюється регенератор, який відбирає частину тепла при русі через нього гарячого газу і віддає його під час його руху після охолодження і стиснення в зворотну сторону.

Наявність регенератора теоретично дозволяє довести ККД двигуна Стерлінга до 70 відсотків. Регулювання потужності двигуна досягається зміною кількості газу. В як робочий тепла застосовуються гази з високими теплотехнічними властивостями (водень, гелій, повітря та ін.).

Двигуни Стірлінга володіють наступними унікальними особливостями:
- можливістю застосування будь-якого джерела тепла (рідкого, твердого, газоподібного і ядерного палива, сонячної енергії тощо. Д.);
- роботою у великому діапазоні температур при малому перепаде тиску стиснення і розширення;
- регулюванням потужності шляхом зміни кількості робочого тепла в циклі при незмінних вищої школи й нижчою температурах газу;

Ці особливості забезпечують двигуну Стерлінга перед іншими установками наступні переваги, як многотопливность і мала токсичність продуктів згоряння палива; малошумність і хороша врівноваженість; високий ККД на режимах малих потужностей. Завдяки цим перевагам на двигун і звернули увагу шведські підводники, втіливши ідею в реальність на сучасній підводному човні типу « Gotland». Але якщо за своїм ККД двигуни Стірлінга відповідають сучасним дизелів, то поступаються їм по потужності. Тому вони можуть використовуватися на підводних човнах тільки як додаткові двигуни до класичної дизель-електричну силову установку.

Анаеробних СИЛОВА ВСТАНОВЛЕННЯ

Але найперспективнішим виявилося напрямок, пов'язаний з перетворенням хімічної енергії безпосередньо в електричну, без процесу горіння або механічного руху, іншими словами з виробленням електричної енергії безшумним способом. Йдеться про електрохімічних генераторах. На практиці такий спосіб знайшов застосування на сучасній німецькій. Компонування анаеробної енергетичної установки показана на малюнку 12.

анаеробна енергетична установка на підводному човні U-212

Електромеханічний генератор створений на базі топлівнихелементов. По суті це акумуляторна батарея з постійною підзарядкою. Фізика його роботи базується на процесі, зворотному електролізу води, коли при з'єднанні водню з киснем виділяється електроенергія. При цьому енергетичне перетворення відбувається безшумно, а єдиним побічним продуктом реакції є дистильована вода, якої досить легко знайти застосування на підводному човні.

За критеріями ефективності та безпеки водень зберігається в зв'язаному стані у формі металогідриди (сплав металу в поєднанні з воднем), а кисень - в зрідженому вигляді в спеціальних ємностях між легким і міцним корпусами субмарини. Між водневим і кисневим катодами знаходяться полімерні електролітні мембрани протонного обміну, що виконують функцію електроліту.

Потужність одного елемента досягає 34 кВт, а ККД енергетичної установки становить до 70 відсотків. Незважаючи на очевидні переваги розробленої установки на паливних елементах, вона не забезпечує необхідні оперативно-тактичні характеристики підводного човна океанського класу, перш за все в частині, що стосується виконання швидкісних маневрів при переслідуванні мети або ухиленні від торпедної атаки противника. Тому підводні човни проекту 212 оснащені комбінованої руховою установкою, в якій для руху на високих швидкостях під водою використовуються акумуляторні батареї або паливні елементи, а для плавання в надводному положенні - традиційний дизель-генератор, до складу якого входить 16-циліндровий V-образний дизель і синхронний генератор змінного струму. Дизель генератори використовуються також для підзарядки акумуляторних батарей - традиційного елементу неядерних підводних човнів. Електрохімічний генератор, що складається з дев'яти модулів паливних елементів, має сумарну потужність 400 л. с. і забезпечує рух підводного човна в підводному положенні зі швидкістю 3 вузла протягом 20 діб з показниками шумності нижче рівня природних шумів моря.

КОМБІНОВАНІ СИЛОВІ УСТАНОВКИ

Останнім часом стали популярні комбіновані силові установки. Спочатку комбіновані енергетичні установки породили бажання забезпечити військовим кораблям одночасно високу швидкість для бою велику дальність плавання для дій у віддалених районах Світового океану. Зокрема, та на німецьких крейсерах часів другої світової війни з'явилася комбінація котлотурбінного та дизельної енергетичних установок. У 1960-і роки на кораблях з'явилися газові турбіни, які по своїй економічності і особливостям експлуатації могли використовуватися тільки короткочасно і на великих оборотах. Для компенсації цього недоліку їх стали комбінувати з котлотурбінного (COSAG) або дизельної (CODAG) енергетичною установкою. Трохи пізніше з'явилися та звані маршові газові турбін, до яких були потрібні форсажні турбіни (COGAG). Тільки поява всережимним газових турбін дозволили перейти до однорідної газотурбінної енергетичної установки.

можливі комбінації енергетичних установок

Бувають навіть унікальні комбінації енергетичних установок CODEAG (дизель-газотурбінна з повним електродвіженіем), котра зустрічається на фрегаті « Duke»Королівських ВМС Великобританії. При його створенні конструктори виходили з необхідності забезпечити наднизький рівень гучності на малих ходах при використанні буксируемой антени гідроакустичної системи, а також швидкий перехід від малої швидкості ходу до високої. Установка включає в себе дві газові турбіни сумарною потужністю 31000 л. с., два гребних електродвигуна постійного струму потужністю по 2000 л. с., вбудованих в лінії гребних валів і працюють від чотирьох дизель-генераторів сумарною потужністю 8100 л. с. Така головна енергетична установка працює в чотирьох режимах: малій швидкості з мінімальним рівнем гучності при відключених головних редукторах; високій швидкості ходу при роботі газових турбін на гвинти через редуктори спільно з гребними електродвигунами; проміжної швидкості при роботі однієї газової турбіни на один гвинт і одного гребного електродвигуна на інший гвинт при відключеному редукторі; маневрування при використанні тільки дизелів. Гвинти працюють на задній хід тільки від гребних електродвигунів.

основні назви комбінованих силових установок:

COSAG - Combined Steam and Gas turbines (паротурбінна і газотурбінна). Установки працюють спільно.
CODAG - Combined Disel and Gas turbines (дизель і газотурбінна). Установки працюють спільно.
CODOG - Combined Disel or Gas turbines (дизель або газотурбінна). Установки працюють окремо. На великому ходу дизельна частина відключається.
COGAG - Combined Gas turbines and Gas turbines (газова турбіна і газова турбіна). Маршова і форсажна турбіни на повному ходу працюють разом.
COGOG - Combined Gas turbines or Gas turbines (газова турбіна або газова турбіна). Маршова турбіна працює до повного ходу, а на повних ходах працює тільки форсажна.

Такі типи силових установок, що існують на кораблях і суднах минулих і наших днів. Частина з них доживає свої останні роки, частина обмежила сферу свого поширення головним чином для прогулянок і спортивними судами, деякі досягли своєї зрілості, деякі ще не вийшли з дитячого віку, але всі вони виконують одну й ту ж функцію - дають можливість судну рухатися, долаючи водні перепони.

Afrikaans Albanian Arabic Armenian Azerbaijani Basque Belarusian Bulgarian Catalan Chinese (Simplified) Chinese (Traditional) Croatian Czech Danish Detect language Dutch English Estonian Filipino Finnish French Galician Georgian German Greek Haitian Creole Hebrew Hindi Hungarian Icelandic Indonesian Irish Italian Japanese Korean Latin Latvian Lithuanian Macedonian Malay Maltese Norwegian Persian Polish Portuguese Romanian Russian Serbian Slovak Slovenian Spanish Swahili Swedish Thai Turkish Ukrainian Urdu Vietnamese Welsh Yiddish ⇄ Afrikaans Albanian Arabic Armenian Azerbaijani Basque Belarusian Bulgarian Catalan Chinese (Simplified) Chinese (Traditional) Croatian Czech Danish Dutch English Estonian Filipino Finnish French Galician Georgian German Greek Haitian Creole Hebrew Hindi Hungarian Icelandic Indonesian Irish Italian Japanese Korean Latin Latvian Lithuanian Macedonian Malay Maltese Norwegian Persian Polish Portuguese Romanian Russian Serbian Slovak Slovenian Spanish Swahili Swedish Thai Turkish Ukrainian Urdu Vietnamese Welsh Yiddish

English (auto-detected) »Russian

Сучасні неатомні підводні човни (ПЛ) є високоефективним засобом збройної боротьби на морі і є рухливі платформи, здатні нести різноманітну зброю, а також здійснювати тривале плавання у відриві від місць базування. В даний час ПЛ російських і іноземних фірм в принципі мало відрізняються один від одного або, у всякому разі, можна порівняти між собою по архітектурі, водотоннажності, оснащенню високоточною зброєю, включаючи ракети різного класу, здатні вражати будь-які морські і наземні цілі. Ці ПЛ близькі по живучості, надійності, можливостям радіоелектронного озброєння і т.д.

Однак досвід показує, що бойова ефективність дизельних підводних човнів до певної міри знецінюється через необхідність періодичної підзарядки акумуляторних батарей, що знижує скритність їх дій і підвищує ймовірність виявлення. Так, дизельні підводні човни щодоби витрачають 2 ... 5 год на підзарядку батарей. Крім того, обмеженість енергетичних запасів дизельних ПЛ не дозволяє використовувати їх в арктичних районах, покритих кригою.
Проблема збільшення тривалості підводного плавання, що виключає необхідність частого подвсплитія для зарядки акумуляторних батарей, може бути вирішена завдяки застосуванню анаеробних енергетичних установок потужністю 100 ... 300 кВт, що підвищує термін автономності неатомних ПЛ до 480 ... 720 ч.

Відповідно до класифікації, прийнятої в ВМС західних країн, неатомні підводні човни прийнято ділити на три підкласу:

- клас «А» - класичні ПЛ з дизель-електричної головною енерго установкою (ГЕУ);

- клас «В» - підводні човни з гібридною ГЕУ, що включає поряд з дизель-електричною установкою ще й додаткову анаеробну (воздухонезавісімую) підсистему;

- клас «С» - підводні човни, оснащені тільки спеціальної анаеробної ГЕУ.

Одними з перших боєздатних зразків ПЛ з гібридними ГЕУ були німецькі підводні човни з так званими «парогазовими турбінами Вальтера», які працювали на перекису водню. Німецькі підводні човни XXVI серії з турбінами Вальтера були здатні розвивати підводний швидкість до 24 ... 25 вузлів. Корабельного запасу перекису вистачало на шість годин повного ходу, а в решту часу використовувалася звичайна дизель-електрична установка і пристрій для забезпечення роботи дизеля на перископну глибині (шнорхель). Човни XXVI серії мали архітектурний вигляд, істотно відрізнявся від традиційних, орієнтований на зменшення опору в підводному положенні. Вони стали свого роду шедеврами військово-морської техніки, хоча стати до ладу і брати участь в бойових діях не встигли, зате послужили цінним матеріалом для країн-переможниць у післявоєнній модернізації підводних флотів.

У Радянському Союзі напередодні Великої Вітчизняної війни також експериментували з підводними човнами, оснащеними анаеробними енергетичними установками. Так, чотирнадцята підводний човен типу «М» XII серії (до 1940 р називалася С-92, а потім Р-1) увійшла в історію як перша радянська човен з єдиним двигуном - дизелем, для функціонування якого в якості окислювача використовувався рідкий кисень, зберігався при особливо низькій температурі (-180 ° С). Розробка Редо (регенеративний єдиний двигун особливий) велася в 1935-1936 рр. з ініціативи та під керівництвом С.А. Базилевського.

Підводний човен С-92 на випробуваннях в 1939 р довела можливість роботи дизеля під водою по замкнутому циклу протягом 5,5 год при потужності 185 л. с.

У липні 1946 вийшла постанова Ради Міністрів С.С.С.Р про розвиток робіт зі створення підводних човнів з «єдиними» двигунами. Відповідно до постанови почалося проектування дослідної малої підводного човна проекту 615 водотоннажністю близько 390 т, оснащеної «єдиним» двигуном, який був аналогічний за схемою двигуну човни проекту 95. У 1955-1958 рр. на заводах № 196 і № 194 було побудовано 29 човнів цього типу. В процесі експлуатації на човнах проекту А615 сталося кілька серйозних аварій. Як з'ясувалося, аварії виникали внаслідок неврахованих особливостей енергетичні установки та недостатньої підготовки особового складу, який несхвально відгукувався про своїх ПЛ, називаючи їх «запальничками».

Другим з відібраних для реалізації типів «єдиного» двигуна стала вже згадана парогазова турбінна установка (ПДТУ) німецького конструктора Вальтера. Ленінградське ЦКБ-18 в передескізних проект 616 відтворило німецьку човен XXVI серії. У 1947 р на території радянської окупаційної зони в Німеччині створили спеціальне конструкторське бюро під керівництвом А.А. Антипина, яке займалося відновленням технічної документації парогазової турбінної установки. Паралельно в ЦКБ-18 почалося проектування підводного човна проекту 617 з ПДТУ. При цьому все обладнання, крім ПДТУ, планувалося виготовити на вітчизняних заводах.

За проектом човен водотоннажністю близько 950 т була здатна розвивати швидкість підводного ходу до 20 вузлів на протязі 6 год. Досвідчену човен заклали 5 лютого 1951 року на заводі № 196, а її випробування завершилися лише 20 березня 1956 У 1956-1959 рр. підводний човен C-99 зробила 98 виходів у море і пройшла понад 6800 миль, з них 315 - з ПДТУ. 17 травня 1959 на кораблі сталася серйозна аварія: при запуску ПДТУ на глибині 80 м в турбінному відсіку пролунав вибух. Човен сплив на поверхню і своїм ходом прийшла на базу. Після відкачування води з відсіку було встановлено, що нещастя сталося внаслідок розкладання перекису при контакті з потрапила в клапан брудом.

Згодом у зв'язку з успіхами в створенні атомних підводних човнів керівництво радянського ВМФ і вітчизняної суднобудівної галузі практично втратило інтерес до неядерним «єдиним» двигунів для ПЛ. Лише в першій половині сімдесятих років минулого століття роботи в зазначеному напрямку відновилися. На цей раз була зроблена спроба оснащення підводного човна проекту 613 енерго установкою з електрохімічним генератором потужністю 280 кВт. У 1988 р підводний човен «Катран» проекту 613Е успішно пройшла розширені державні випробування і підтвердила принципову можливість створення і ефективного використання нової енергетики. Однак розвал Радянського Союзу і що послідували після цієї події на кілька десятиліть відкинули створення вітчизняної ПЛ з електрохімічним генератором.

А конкуренти не дрімали

В останнє десятиліття XX століття в Німеччині, Швеції та Франції були створені, пройшли випробування і почали серійно випускатися анаеробні енергоустановки на основі двигунів Стірлінга, парогазових турбін і електрохімічних генераторів. Так, німецькі компанії Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH (HDW) і Thyssen Nordseewerke GmbH (TNSW) спроектували і побудували чотири підводні човни типу 212 (U 31 - U 34, передані флоту в 2005-07 рр.). У вересні 2006 р бундесмаріне замовили ще два підводні човни типу 212 з терміном їх здачі флоту в 2012-2013 рр.

Човен типу 212 має підводну водотоннажність 1360 т, довжину 53,5 м, ширину 6,8 м і висоту від кіля до вершини огородження висувних пристроїв 11,5 м. В одному з походів U 32 встановила світовий рекорд тривалості руху в підводному положенні (без використання шнорхель), залишаючись зануреної протягом двох тижнів.

Крім ВМС Німеччини, аналогічними підводними човнами вирішили обзавестися і італійські моряки. Фірма Fincantieri по німецької ліцензії побудувала в 2005-2007 рр. два човни (S526 Salvatore Todaro і S527 Scire). У березні 2008 р італійський уряд ухвалив рішення замовити ще два підводні човни типу 212.

Кілька зміненим і вдосконаленим типом німецької підводного човна з електрохімічними генераторами є проект 214, запропонований німецькими фірмами ВМС Греції. При стандартному водотоннажність 1700 т і довжині 65 м човен здатна занурюватися на глибину 400 м і несе озброєння з восьми 533-мм торпедних апаратів. Грецький уряд замовило в Німеччині три човни зазначеного типу. Успішно завершилися переговори про будівництво четвертої підводного човна Katsonis з терміном готовності в 2012 р

Що володіє потужною суднобудівної промисловістю Південна Корея вважала за краще закупити в Німеччині ліцензію на будівництво трьох човнів типу 214. Їх виготовлення ведеться фірмою Hyundai Heavy Industries; перший човен Admiral Sohn Won-il була передана флоту в грудні 2007 р, а дві інші - Jung Ji і Ahn Jung-geun планується закінчити будівництвом в 2008 і 2009 рр., відповідно. В даний час в уряді Південної Кореї слідують дебати про доцільність побудови ще трьох підводних човнів типу 214. Цінними особливостями човнів цього типу вважаються можливість пуску крилатих ракет з торпедних апаратів з-під води і наявність двох електрохімічних генераторів типу Siemens PEM потужністю по 120 кВт, що дозволяє здійснювати рух під водою зі швидкістю 3 ... 5 вузлів на протязі двох тижнів.

Свій внесок в створення воздухонезавісімих енергетичних установок для ПЛ внесли і французи. Так, групою фірм, що входять в кораблебудівний концерн DCN, для французької підводного човна «Скорпіо» (тип Agosta-90B, підводне водотоннажність 1760 т, довжина 67 м) була розроблена парогенераторна анаеробна ЕУ типу MESMA (Module D'Energie Sous Marine Autonome).

Три підводні човни типу Agosta-90B були замовлені ВМС Пакистану в 1994 г. Дві перші субмарини, Khalid (S137) і Saad (S138) спочатку не були обладнані анаеробної ЕУ; головний човном з такою системою стала третя ПЛ - Hamza (S139).
Існують проекти оснащення підводних човнів гібридними енергетичними установками з включенням до їх складу малопотужних атомних реакторів. Підводні човни, оснащені малогабаритними ядерними реакторами, по суті, залишаться дизельними. Ці установки фірма передбачає поставляти в вигляді окремої секції, повністю підготовленої до врізки в корпусу існуючих ПЛ або до збірки споруджуваних. Один з варіантів переобладнання пропонувався стосовно підводним човнам типу «Вікторія».

Мабуть, найбільш вражаючих результатів в розробці анаеробних установок досяг шведський концерн Kockums Submarin Systems. На французькій ПЛ Saga і шведської ПЛ Naecken типу А14 в процесі модернізації були змонтовані двигуни Стірлінга V4-275R, які використовувалися в якості допоміжних енергетичних установок для економічного підводного ходу. При переобладнанні в міцний корпус човна ПЛ Naecken безпосередньо за огорожею рубки була зроблена вставка довжиною близько 8 м з двома двигунами Стірлінга потужністю по 110 кВт, що здійснюють привід генераторів постійного струму. Запас рідкого кисню дозволяв човні Naecken перебувати під водою без спливання до 14 діб.

Потім концерн Kockums Submarin Systems зробив ще більш вражаючий крок, побудувавши в 1992-1996 рр. три ПЛ класу Gotland (тип А19). Енергетична установка підводних човнів включала звичайні дизелі і два двигуни Стірлінга V4-275R потужністю по 75 кВт. Довжина субмарин - 60,4 м, підводне водотоннажність - 1599 т.

Найбільш багатообіцяючий проект шведів пов'язаний з перспективною підводним човном Viking. Ця назва вибрана не випадково. У реалізації проекту повинні брати участь ще дві скандинавські країни - Норвегія та Данія. Фірма Kokums в співдружності з норвезької та данської суднобудівними компаніями утворили консорціум для практичної роботи над проектом. Всього планувалося побудувати 12 субмарин нового покоління. На думку провідних фахівців, ця була б найкраща неатомний підводний човен почав XXI століття. На ній планувалося встановити єдиний двигун Стірлінга великої потужності (орієнтовно 800 кВт). Однак сьогодні доля «Вікінга» виявилася в руках Європейської суднобудівної компанії, контрольованої німецькими концернами. А вони, зрозуміло, не дуже-то зацікавлені в успіху скандинавів, своїх прямих конкурентів.

На допомогу скандинавам неждано-негадано прийшли японські ВМС, які ще в 1997 р спустили на воду субмарину S 589 Asashio, на якій в порядку експерименту змонтували два двигуна Стірлінга. Після завершення циклу випробувань японські адмірали вирішили про будівництво вже цілої серії ПЛ класу Soryu, перша з яких повинна бути введена в експлуатацію в березні 2009 р Ці човни значно більші німецьких і шведських (підводне водотоннажність 4200 т, довжина 84 м, екіпаж 65 чоловік) .

І нарешті, останніми зі світових держав остаточний вибір за типом анаеробної установки зробили американці. Їх рішення однозначне - двигуни Стірлінга. Для цього в 2005 р ВМС США взяли в лізинг шведську підводний човен типу Gotland, оснащену допоміжної воздухонезавісімой установкою Стірлінга. Як повідомляє журнал Jane's Defence Weekly, субмарину припускали використовувати для відпрацювання протичовнових операцій кораблями американського флоту. Човен була приписана до військово-морській базі Сан-Дієго (штат Каліфорнія), де знаходиться Командування протичовнової війни. Відзначимо, що ВМС США останнім часом знову стали проявляти підвищену увагу протичовнової оборони. Це пояснюється стрімким зростанням військово-морських сил Народно-визвольної армії Китаю і, перш за все, кількісним збільшенням і підвищенням якості підводного флоту КНР.

Підводний човен типу Gotland потрібна США і для освоєння сучасних технологій неатомного підводного суднобудування, втрачених в Сполучених Штатах. У 2006 р американська корпорація Northrop Grumman і шведська фірма Kokums, що побудувала підводних човнів типу Gotland, підписали угоду про співпрацю. В рамках цієї співпраці американські фахівці отримають можливість в деталях вивчити конструкцію новітньої субмарини шведського флоту. А допоможуть їм у цьому шведські моряки, які будуть нести службу на човні разом з американськими колегами.

На думку провідних фахівців, субмарини з гібридними ЕУ вже в даний час за своїми характеристиками не тільки наблизилися до атомохода, але за деякими показниками навіть перевершують їх. Так, в ході двох навчань в Атлантиці, що пройшли в 2003 р, шведська підводний човен Halland з анаеробними двигунами Стірлінга «перемогла» в дуельної ситуації іспанську субмарину зі звичайною дизель-електричною установкою, а потім і французьку атомну човен. Вона ж в Середземному морі взяла гору в «сутичці» з американської атомним підводним човном Huston. При цьому необхідно зазначити, що малошумний і високоефективний Halland варто в 4,5 рази дешевше своїх атомних суперників.

Переваги гібридних ЕУ

З огляду на приблизно однаковий рівень досконалості зброї і радіоелектронного озброєння більшості ПЛ західноєвропейських країн - основних постачальників ПЛ на світовому ринку, конкурентоспроможність перспективних ПЛ буде багато в чому визначатися типом двигуна, застосованого в анаеробної ЕУ.

Від усіх відомих перетворювачів енергії прямого циклу (дизелів, парових і газових турбін, карбюраторних двигунів внутрішнього згоряння, ЕХГ і ін.), Які можуть використовуватися в складі анаеробних установок, двигуни Стірлінга вигідно відрізняються цілим рядом якостей, які обумовлюють перспективу їх застосування на неатомних ПЛ : практична безшумність в роботі через відсутність вибухових процесів в циліндрах двигуна і клапанного механізму газорозподілу і досить плавного протікання робочого циклу при відносно р вномерном моменті, що безпосередньо впливає на акустичну скритність ПЛ - головну складову узагальненого показника - «скритність ПЛ»; високий к.к.д. (До 40%), що значно вище відповідного показника кращих зразків дизелів і карбюраторних ДВС; можливість використання в якості пального декількох типів вуглеводневого палива (соляровое паливо, скраплений природний газ, гас і ін.); експлуатація двигунів Стірлінга, які працюють на традиційному паливі, не вимагає створення складної берегової інфраструктури (на відміну від хімічних джерел); моторесурс сучасних двигунів Стірлінга становить 20 ... 50 тис. годин, що в 3 ... 8 разів перевищує термін життя паливних елементів (близько 6 тис. годин); при терміні експлуатації ПЛ близько 25 ... 30 років застосування двигунів Стірлінга дозволить скоротити необхідну кількість підводних човнів на 35 ... 40% у порівнянні з потрібним числом човнів з електрохімічними генераторами (через більш високої надійності).

На думку ряду іноземних та вітчизняних фахівців, двигун Стірлінга є найбільш конкурентоспроможним типом двигуна для анаеробних енергетичних установок неатомних ПЛ в силу зазначених вище переваг. Більш того, якщо сьогодні розробляються установки, що збільшують підводний автономність до 30 ... 45 діб на режимах економічного ходу, то в недалекому майбутньому двигун Стірлінга можна розглядати як єдиний всережімний джерело енергії, що забезпечує як підводний, так і надводний хід у всьому діапазоні навантажень.

Переваги двигунів Стірлінга в порівнянні з іншими перетворювачами енергії прямого циклу дозволяють рекомендувати його як універсальний двигун для всіх типів неатомних ПЛ малого, середнього і великого водотоннажності.

Вітчизняний ВМФ зацікавлений в створенні ПЛ з анаеробними ЕУ для використання їх на Балтійському і Чорному і морях, де використання атомохода виключено з політичних мотивів. Загальна потреба ВМФ в таких підводних човнах орієнтовно становить 10-20 одиниць. Вельми великим ринком збуту неатомних ПЛ з двигунами Стірлінга в недалекому майбутньому стане міжнародний ринок озброєнь, де починаючи з 2005 рр. спостерігається стійке підвищення попиту на подібні ПЛ з боку країн Латинської Америки, Південно-Східної Азії, Близького і Середнього Сходу. В цілому, орієнтовна ринкова ніша становить від 300 до 400 ПЛ при середній вартості ПЛ близько $ 300 ... 400 млн.

В даний час неатомні ПЛ входять до складу 30 флотів зарубіжних країн. З огляду на, що термін служби цих човнів оцінюється близько 30 років і те, що більшість з них було побудовано не пізніше кінця вісімдесятих років минулого століття, можна очікувати, що з 2010 р багато перераховані країни задумаються про придбання нових неатомних ПЛ замість застарілих кораблів, які вичерпали свій ресурс.