Каплевидный корпус - Teardrop hull

А каплевидный корпус это корпус подводной лодки конструкция, которая подчеркивает характеристики под водой, а не на поверхности. Он довольно часто использовался на ранних этапах разработки подводных лодок, но в начале 20 века от него постепенно отказались в пользу конструкций, оптимизированных для обеспечения высоких характеристик на поверхности, в результате изменений в оперативной доктрине. Хотя военно-морская доктрина изменилась, методы проектирования оставались до конца Второй мировой войны, когда немецкая Kriegsmarine понесла постоянно растущие потери подводных лодок в Битва за Атлантику.

В попытке противостоять растущей угрозе со стороны союзников противолодочный усилия, экспериментальные концепции дизайна, восходящие к позднему межвоенный были включены в существующий процесс проектирования подводных лодок, что привело к небольшому количеству подводные лодки с перекисью водорода так же хорошо как Elektroboot семейство дизель-электрических подводных лодок классов. Хотя было слишком поздно и слишком мало, чтобы повернуть войну вспять, исследование этих лодок в послевоенный период сильно подорвало институциональную инерцию, которая удерживала военно-морские силы мира сосредоточенными на «подводном торпедном катере» в предыдущие десятилетия, и привело к повышенному вниманию к подводным характеристикам. Это привело к тому, что в конечном итоге на подводных лодках был вновь использован каплевидный корпус, который сегодня используется в различных формах практически на всех крупных подводных военных судах.

История

Поскольку этот термин относится не к какой-либо точной форме, а скорее к абстрактной концепции формы корпуса, оптимизированной для подводных путешествий, и, в частности, к физическому проявлению этой идеи на реальных подводных лодках, ограниченных науками о материалах и требованиями к конструкции, предъявляемыми к судну. , будет ли какое-то конкретное судно иметь каплевидный корпус, зависит от субъективной интерпретации самого термина. В зависимости от этой интерпретации, некоторые из показанных ниже подводных лодок можно рассматривать как «первую попытку» или «веху» в каком-то описании.

  • Коллекция подводных лодок, упорядоченная примерно в хронологическом порядке, чтобы показать развитие конструкции корпуса подводной лодки.

  • Эта реплика Иктинео II середины-конца 1860-х годов может представлять собой одну из самых ранних попыток создания формы корпуса, оптимизированной для подводных путешествий.

  • Модель одного из Джон Филлип Холланд конструкции конца 19-го или начала 20-го века, демонстрирующие очень чистый корпус и относительно современное расположение рулей.

  • Менее чем через 10 лет после HMS Holland 1 введен в эксплуатацию, британская подводная лодка класса B показан переход формы корпуса от подводной лодки к водолазному надводному судну. Носовая часть немного приподнята, как и корма над двумя гребными винтами.

  • Вступив в строй в 1917 году, на паровой тяге Британский K-класс можно рассматривать как пик развития надводных подводных лодок в Первой мировой войне. Они достигли 24 узлов и в аварийной ситуации могли погрузиться всего за пять минут, хотя полчаса были более разумным сроком при нормальной работе. 103 метра в длину и предполагаемая максимальная глубина погружения 61 метр, они были на 4 метра меньше, чем были в состоянии достичь своей глубины падения, не покидая поверхности. В сочетании с очень большим радиусом поворота, плохим контролем глубины погружения и привычкой перекачивать воду через воронки котла неудивительно, что они приобрели репутацию «K для Каламити», когда несколько лодок были потеряны из-за затопления котельных. , столкновения, достигающие глубины обрушения, и одно из них было зарегистрировано как затонувшее без помощи человека у швартовки посреди ночи.

  • Первый в мире охотники-убийцы, то Британская подводная лодка R-класса 1918 г. стал решительным возвращением к концепции высокоскоростного подводного военного корабля. Созданные для охоты на подводные лодки противника, они отличались обширной рационализацией, практически отсутствующей. кожух, и способность развивать 14 узлов за полный час. Только ножевидная форма носа выдает надежды конструктора на то, что эти лодки не будут работать постоянно под водой, а только преодолевают поверхность для зарядки своих батарей. Вместо этого они должны были медленно перемещаться по поверхности, используя свой дизельный двигатель, и погружаться под воду только тогда, когда они достигли места своего патрулирования.

  • Не связанный с более поздней немецкой программой Elektroboot, японцы Подводная лодка № 71 была спущена на воду в 1937 году и достигла под водой чуть более 21 узла, что превосходит только меньшие японские Ко-хётеки сверхмалые подводные лодки в то время, пока немецкие V-80, питаться от пероксид водорода, на испытаниях 1940-1941 годов достиг 28 узлов.

  • Универсально оптимизированные для надводного плавания, большинство подводных лодок, используемых в вторая мировая война показанный высоко, несколько расклешенные луки, а также расположение гребных винтов и рулей, аналогичное современному крейсеру, хотя и с дополнительным набором рулей для контроля глубины и тангажа. Здесь ВМС США Балао-учебный класс Подводная лодка флота с начала 1940-х преобразован в музей.

  • Немецкие лодки, такие как эта Тип VII, по внешнему виду напоминал Balao, но был значительно меньше (~ 750 тонн против ~ 1500). На модели хорошо видна подводная лодка. прочный корпус при этом ее носовой и кормовой концы заключены в кожух зажигалки, в котором находятся носовой и кормовой основные балластные цистерны. Длинная сигарообразная выпуклость вдоль верхнего борта подлодки - внешний топливный бак. Поступив на вооружение в 1936-1937 годах, Type VII и более крупный Type IX придерживались той же концепции «водолазного торпедного катера», которая также породила катера и патрульные подводные лодки американского и британского флотов, и столкнувшись со все более эффективными патрульными кораблями и самолетами союзников, они были оперативно устаревшими к середине 1941-1942 годов, но оставались опорой все более отчаявшихся немецких подводных лодок на протяжении всей войны.

  • Поскольку постоянные улучшения союзнической противолодочной войны привели к быстрому увеличению потерь немцев на протяжении второй половины Второй мировой войны, были предприняты попытки построить подводные лодки с пероксид водорода турбинный движитель. В то время как турбина была еще далека от готовности к вводу в эксплуатацию, подводные лодки были запущены в производство как обычные дизель-электрические лодки с значительно увеличенной емкостью батареи, заменяющей резервуары с перекисью водорода. Хотя сильно обтекаемый, корпус немецкого позднего Тип XXI (21) остались под влиянием предыдущих разработок, очевидно, что предполагается, что они будут работать на поверхности в ограниченном объеме. Тем не менее, он установил новый стандарт подводной скорости, дальности и заметности для подводных лодок в послевоенном мире.

  • Из-за пренебрежения торговым флотом в пользу увеличения числа крупных надводных кораблей, что отчасти вызвано американской тенденцией преуменьшать успехи своих подводных лодок и переоценить эффективность Из-за попыток японской противолодочной обороны американская «Тихая служба» столкнулась со сравнительно ручным сопротивлением японцев, что привело к большим успехам против японского торгового флота. Из-за этого катера американского флота не увидели серьезных улучшений в общей конструкции на протяжении всей войны, вместо этого акцент был сделан на технических деталях, таких как повышение прочности корпуса и электроники, в конечном итоге, включая более тихие электродвигатели, а также на улучшение комфорта экипажа на долгое время. патрули в Тихом океане. Таким образом, американские лодки, подобные этой Линь-учебный класс оставил войну почти неотличимой от классов, которые стояли на вооружении в ее начале.

  • Начав производство в 1950 году, Советский Пр.613 патрульные подводные лодки находились под сильным влиянием Тип XXI. Палубная пушка и турель с зенитной автопушкой отсутствовали на более поздних версиях. Несмотря на то, что он был сильно обтекаемым, в его конструкции, как и у Type XXI, были сделаны уступки надводным операциям, таким как острые ножевидные нос и корма.

  • Масштабная модель USS Albacore проходит испытания в аэродинамической трубе. Помимо расположения руля на его корме и плыть, его общая форма похожа на форму Ictineo II, несмотря на то, что дизайны разделены почти столетием.

  • Первый в мире атомная подводная лодка, то USS Nautilus (SSN-571) 1954 года, показывает очень чистую кормовую секцию, в то время как нос явно в некоторой степени вдохновлен Type XXI. Ее испытательная глубина 210 м была сопоставима с немецкой лодкой, но на 23 узлах под водой она была намного быстрее, даже быстрее, чем любая предыдущая лодка американского флота была на поверхности. К сожалению, серьезные недостатки конструкции носа и паруса привели к сильным вибрациям на высокой скорости, которые со временем ухудшились. В конце ее жизни 4 узлов было достаточно, чтобы заглушить ее гидролокатор, а шум резко увеличил риск обнаружения.

  • Введен в строй 17 января 1959 года первый в Советском Союзе АПЛК типа Пр.627 -класс, достиг 30 узлов при испытательной глубине 300 м. Они настолько отличались от Nautilus, насколько это было возможно, оставаясь при этом подводной лодкой с ядерным двигателем и полезной в качестве боевых кораблей, они отличались гораздо более эффективной формой носа и паруса, но при этом все еще демонстрировали «рыбий хвост» Type XXI, и где Nautilus использовался ядерный реактор, на советских лодках установлены две тандемные. Помимо улучшенной гидродинамики, закругленная форма носовой части также давала достаточно места для очень большой группы гидролокаторов над торпедными аппаратами.

  • Введенный в эксплуатацию менее чем через три месяца после первого проекта 627, USS Skipjack был первым боевым кораблем в ВМС США, использовавшим «чистый» каплевидный корпус, поскольку он был заброшен почти полвека назад. Из-за высокой стоимости ковки больших секций прочного корпуса сложной формы последующие лодки постепенно «отклонялись» от этой конструкции.

  • Одна из нескольких новых классов советских подводных лодок, поступивших на вооружение в 1967 году. Пр.671 была одной из первых основных классов советских подводных лодок, которые заменили «рыбий хвост» на более торпедную форму, которая стала знаком акцента на подводных характеристиках.

  • По мере того, как проекты 611 (Зулу) и 641 (Фокстрот) приближались к устареванию, в начале 1970-х годов в СССР началось строительство серии из 18 лодок проекта 641б. Они унаследовали трехвинтовую конструкцию «нож-хвост», которая была перенесена в 641 от 611 и возникла у Type XXI. В отличие от их устаревшей силовой установки, они были оснащены безэховая плитка и гидроакустическое оборудование, аналогичное тому, что используется на современных советских атомных подводных лодках.

  • Этот немец Подводная лодка тип 212 использует одинарный корпус вдоль части его длины, но имеет двойной корпус по всей его задней половине, чтобы обеспечить безопасное место для хранения за пределами прочного корпуса для резервуаров с водородом, используемых его топливная ячейка -основан воздушно-независимая двигательная установка.

  • На пути к ее запуску в конце 2000-х или 2010-х это Проницательный-учебный класс Судно ясно показывает компромисс, сделанный большинством современных западных разработок. Вместо того, чтобы полностью оптимизировать корпус для работы в подводных условиях, к переднему и заднему концам прочного корпуса постоянного диаметра приварены гидродинамически эффективные носовая и кормовая части, изготовленные из более тонкой и легче формованной стали. Такие конструкции почти по своей сути являются модульными, поскольку новые секции корпуса могут сравнительно дешево и легко устанавливаться в любом месте по длине прочного корпуса, чтобы обеспечить дополнительное пространство и грузоподъемность без серьезного воздействия на гидродинамические характеристики конструкции.

В современном использовании

Хотя основной темой каплевидного корпуса является максимизация характеристик под водой за счет характеристик на поверхности, точный результат этого процесса зависит от нескольких факторов без определенного порядка, поскольку порядок важности этих проблем сам по себе является переменным:

  • Размер подводной лодки является функцией требований, предъявляемых проектировщиком в отношении эксплуатационной выносливости, мощности вооружения и установленных датчиков.
  • Расположение внешнего и внутреннего оборудования.
  • Экономические факторы, в первую очередь связанные с дорогостоящим процессом проектирования, формования и сборки секций корпуса с трехмерными кривыми, а затем установки оборудования внутри.

Одинарный или двойной корпус

Начиная с конца Второй мировой войны, западные и восточные подводные лодки были в целом похожи, представляя собой двойные или частичные двойные корпуса с большими топливными и балластными баками между внутренним и внешним корпусами, что позволяло резервировать большие объемы внутри герметичных корпусов для хранения нечувствительных к давлению топливо было сочтено неэкономичным. Использование двойных корпусов обеспечивает большую степень свободы при формировании экстерьера лодки и позволяет разместить нечувствительное оборудование вне прочного корпуса, что позволяет создать прочный корпус меньшего размера и, как следствие, меньшую лодку. Однако это связано с высокими затратами на строительство и обслуживание.

Атомные лодки, в силу своей двигательной установки, мало используют это промежуточное пространство, и поэтому с большей вероятностью будут использовать либо однокорпусные, либо, как это было в случае с советскими подводными лодками, использовать «свободное» пространство для расширительных балластных цистерн. и оборудование. Из-за этого западные атомные подводные лодки, как правило, выглядят как длинные трубы, закрытые носом и кормой, в то время как восточные атомные подводные лодки, как правило, имеют в целом более гидродинамически эффективную форму и экстремальный запас плавучести, при этом некоторые цифры предполагают долю запаса плавучести > 45% для Пр.941 (Акула) -класса ПЛАРБ. Также существует вариант для гидродинамически оптимизированной однокорпусной атомной подводной лодки, такой как Скипджек -класса, но создание больших 3D-изогнутых пластин из толстого высокопрочного металла остается непомерно дорогим.

Форма лука

Помимо выбора между однокорпусным и двойным корпусами, есть также несколько вариантов, касающихся размещения гидроакустического оборудования, торпедных аппаратов и носовых пикировочных самолетов. На небольших прибрежных лодках, как правило, с двумя палубами внутри прочного корпуса, торпедные аппараты и помещение для управления торпедами располагаются на нижней палубе с гидролокатором, установленным выше в носовой части, потенциально выше ватерлинии, как на немецком Тип 206 и шведский Sjöormen, Вестергётланд, и более новые классы, предлагает легкий доступ к эхолоту для обслуживания. Другой вариант - разместить торпедный отсек на верхней палубе с установкой в ​​нижней половине носовой части, как на британском. Защитник-учебный класс и советский / российский Кило, с оставлением пространства позади носовой части для крупных батарейных блоков и может облегчить пополнение запасов торпед, заряжая их через верхние торпедные аппараты, а не через специальный люк для загрузки торпед. Оба этих варианта, как правило, приводят к несколько тупым лукам, а первый вариант может потребовать перемещения вперед. пикирующие самолеты от корпуса до плыть чтобы уменьшить шум потока, который в противном случае мог бы нарушить работу эхолота.

По мере увеличения размера больший луч лодки позволяет использовать торпедные аппараты под углом, стреляющие через борта корпуса, оставляя место в носовой части для гораздо большей группы гидролокаторов. Это вариант, выбранный для многих американских атомных подводных лодок с середины холодной войны, а также используется на новых российских атомных подводных лодках. Ясень-учебный класс лодки. Как и прежде, стремление минимизировать шум потока может способствовать перемещению самолетов для прямого погружения к парусу, но это может быть недостатком при всплытии в арктическом льду, требуя подкреплений и механизмов наклона под большим углом для предотвращения изгиба плоскостей. Более сложное решение - воспроизвести немецкую Тип XXI складывая носовые пикирующие плоскости заподлицо с корпусом, когда они не используются, предпочтительно с использованием дополнительного набора дверей, чтобы закрыть проем в бортах корпуса. Третий вариант, который обычно используется британцами, - это просто оставить носовые пикирующие плоскости надолго в верхней части носовой части, иногда с возможностью складывания вверх, чтобы не загрязнять конструкции гавани, и изменить форму носовой части в точке крепления пикирующего самолета. так, чтобы создать минимально возможное количество турбулентности.

Двигательная установка и кормовой руль

Что касается двигательной установки, западные подводные лодки этого типа заканчиваются одним гребным винтом, чтобы минимизировать сопротивление; Советский флот не спешил применять эту практику, в их проектах по-прежнему использовались два гребных винта для обеспечения большей мощности или безопасности. В Тип 206 имеет длинный тонкий конус позади паруса, чтобы уменьшить сопротивление, но британские Защитник учебный класс имеет более экономичную конструкцию, имея короткий конус в крайней кормовой части корпуса, чтобы максимизировать внутренний объем и, возможно, обеспечить большую прочность корпуса. Немец Подводная лодка типа VII На изображении на этой странице кормовая часть корпуса резко сужается для этой цели, хотя ось винта повторяет ось остальной части корпуса.

В Альбакор изучил несколько позиций кормовых самолетов. Американские конструкторы остановились на модифицированном варианте крестообразной конструкции Delphin ( Греческий крест при взгляде сзади); они отвергли альтернативу х-образной схемы из-за ее сложности, но она была принята и использовалась, среди прочего, голландскими, шведскими, австралийскими и немецкими военно-морскими силами за ее способность прижиматься ближе к мелкому морскому дну, не ударяя рулем о морское дно . Советы часто повторяли обычную договоренность, похожую на Подводная лодка типа XXI.

"Корпус Альбакора"

Первого августа 1953 года США спустили на воду экспериментальное судно Альбакор, который имел форму корпуса, в значительной степени основанную на форме Lyon Shape, названной в честь Хильда Лион.[1][2] После успешных маневровых испытаний и испытаний различных устройств руля и гребного винта, та же общая форма корпуса была использована для Скипджек и Усач Классы, и большинство современных подводных лодок США сегодня используют вариант этой формы с центральным удлиненным цилиндром, составляющим основной прочный корпус. Поскольку большое внимание, которое уделялось «Альбакору» еще до появления Интернета, сделало информацию об истории подводных лодок более доступной для широкой публики, вполне вероятно, что любой дизайн, который хоть как-то похож на нее, может быть отнесен к поскольку «корпус Albacore», независимо от того, был ли он вдохновлен Albacore, был разработан независимо в тот же момент времени или был создан прямо перед Albacore.

Рекомендации

Примечания

  1. ^ Полмар, Норман; Мур, Кеннет Дж. (2004). Подводные лодки времен холодной войны: проектирование и строительство американских и советских подводных лодок. Потомак Букс, Инк. ISBN  9781597973199.
  2. ^ Ламбкин, Рози (апрель 2016 г.). "Вдохновение | Женщины в авиации, женщина-изобретательница Lyon Shape'". МУДРЫЙ. Получено 2017-06-18.

Библиография