Как работает атомная подводная лодка: Устройство и принцип работы атомной подводной лодки: погружение и всплытие, отсеки |

Содержание

Устройство и принцип работы атомной подводной лодки: погружение и всплытие, отсеки

7 марта 2021, Максим Ситников,

Подводные лодки (ПЛ) представляют собой корабли отдельного класса, которые могут погружаться и длительное время плавать под водой. Особая конструкция субмарины выдерживает большое давление водной массы, а также обеспечивает необходимую обтекаемость и водонепроницаемость. Принцип погружения и всплытия ПЛ соответствует закону Архимеда. Устройство подводной лодки отличается высокой сложностью.

Отдельный класс подводных кораблей используется в следующих сферах:

Военная. Нанесение стратегических ядерных ударов, ведение разведки, высадка диверсионных групп. На современных атомных подводных крейсерах установлено минное, торпедное, ракетное и радиоэлектронное вооружение. Для защиты ПЛ, находящейся в надводном положении, применяются переносные зенитно-ракетные комплексы. В мирное время АПЛ могут применяться для запуска искусственных спутников Земли на низкие орбиты.
Научная. Исследование геомагнитного поля, а также изучение подводной флоры и фауны.
Туристические. Экскурсии и осмотр подводного мира на глубинах до 100 м. Туристические подлодки оснащаются широкими иллюминаторами из акрила.
Криминальная. Небольшие подводные корабли используются колумбийскими преступными группировками для перевозки наркотиков и иных запрещенных предметов.

Принцип работы подводной лодки заключается в следующем: погружение производится в результате наполнения водой носовых, кормовых и средних цистерн главного балласта (ЦГБ). Всплытие корабля осуществляется за счет продувания указанных емкостей сжатым воздухом. ЦГБ могут заполняться и опустошаться одновременно или по очереди.

Схема использования ЦПГ

Для срочного набора глубины может применяться специальная цистерна быстрого погружения, находящаяся в прочном корпусе. Как плавает подлодка? Корректировка курса и глубины погружения ПЛ производится при помощи специальных рулевых устройств (горизонтальных и вертикальных). Скорость движения подводного корабля регулируется частотой вращения гребного винта.

Корпус и электроэнергетическая система

Как устроена атомная подводная лодка? Давление воды, окружающей подлодку, удерживается благодаря наличию прочного корпуса из титана или легированной стали с высоким пределом текучести. По форме металлическая обшивка напоминает баллон или вытянутую цистерну. Толщина корпуса составляет 10-25 мм.

Для оптимального обтекания ПЛ на расчетном ходу может использоваться дополнительная обшивка из металла. В легком внешнем корпусе располагается оборудование, которому не требуется изоляция от забортного давления (балластные и топливные емкости, трубы для торпедных аппаратов, контейнеры с ракетами, якорное устройство и прочее).

Для увеличения прочности конструкции ПЛ применяются шпангоуты, стрингеры и другие усиливающие элементы. Отсеки подводной лодки разделяются переборками, увеличивающими выживаемость подводного корабля в случае взрыва, пожара или пробоины. В верхней части прочного корпуса располагается многофункциональная рубка, которая выполняет роль шлюза, спасательной камеры, дополнительного отсека и наблюдательного поста. Данный элемент конструкции увеличивает непотопляемость корабля в надводном положении. Через рубку проходят шахты перескопов, предназначенных для наблюдения за окружающей обстановкой.

Большая часть современных подводных лодок снабжается комплексной электроэнергетической системой, в состав которой входит основной дизель, распределительный щит, гребной двигатель и аккумуляторная батарея. В атомных подводных лодках устанавливается реактор с водяным или жидкометаллическим теплоносителем, который генерирует энергию для работы двигателя АПЛ.

Системы безопасности и жизнеобеспечения

В современных подводных кораблях установлена воздушно-пенная, химическая и водяная системы пожаротушения. Вспомогательную роль при возникновении нештатных ситуаций играют огнетушители и специальный инвентарь (топоры, багры, ящики с песком и др. ).

Воздух, необходимый для дыхания, вырабатывается электролитическими установками, которые пропускают электрический ток через морскую воду (в результате химической реакции образуется кислород и водород). Для опреснения воды, необходимой для питья и хозяйственных нужд, применяют автоматические установки с цифровыми контроллерами.

Водоотливная система состоит из центробежных и поршневых помп, а также трубопроводов и арматуры. Скорость откачивания воды составляет более 60 куб. м/ч на рабочей глубине и более 250 куб. м/ч на поверхности.

Интересные факты о подводных лодках

Первое успешно функционирующее подводное судно было построено нидерландским изобретателем К. Я. Дреббелем в 1620 г. Весельная лодка была сделана из дерева, обтянутого кожей. В подводном аппарате установили систему химической регенерации воздуха. Лодка могла плавать на глубине 4-5 метров. Время пребывания под водой составляло несколько часов. Судно могло брать на борт до 16 пассажиров.
Самой большой в мире АПЛ является тяжелый крейсер «Дмитрий Донской», входящий в состав российского флота (корабль проекта «Борей»). Длина корабля составляет 172 м, а ширина — 23 м. Высота подлодки соответствует габаритам 8 этажного здания и составляет 26 метров.
Питание на подводной лодке отличается большой калорийностью и разнообразием. В числе прочих продуктов российским морякам подают осетровую икру, шоколад и немного красного вина. Военнослужащие американских АПЛ время от времени могут полакомиться несколькими видами пиццы.
В период с 1955 по 2019 г. по разным причинам утонуло 9 атомных подлодок (2 американских, 2 российских и 5 советских). В настоящий момент 2 из них подняты и утилизированы, а 7 остается на дне.
Современные подводные лодки могут идти к цели в режиме «подкрадывания». Для снижения уровня шума отключается второстепенное оборудование и замедляется скорость вращения гребного винта. Команда действует в особом режиме, который исключает появление резких звуков. Включаются специальные малошумные двигатели, которые не имеют непосредственного контакта с корпусом. Режим «подкрадывания» позволяет избежать обнаружения при помощи гидрофонов.

Содержание

Корпус и электроэнергетическая система
Системы безопасности и жизнеобеспечения
Интересные факты о подводных лодках

Понравился пост? Есть что сказать? Присоединяйтесь:

Поделиться
Вконтакте

подводные лодки

В России создали «вечный» ядерный реактор для новых атомных подлодок

https://ria.ru/20180807/1526108754.html

В России создали «вечный» ядерный реактор для новых атомных подлодок

В России создали «вечный» ядерный реактор для новых атомных подлодок — РИА Новости, 03.03.2020

В России создали «вечный» ядерный реактор для новых атомных подлодок

В России впервые создана и испытана активная зона — «сердце» ядерных реакторов атомных подводных лодок с ресурсом на весь жизненный цикл АПЛ, то есть не… РИА Новости, 07. 08.2018

2018-08-07T17:38

2020-03-03T11:31

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/149940/33/1499403301_0:85:3072:1812_1920x0_80_0_0_bd95e776118748c6c7a82bcc8f307df1.jpg

россия

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2018

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/149940/33/1499403301_28:0:2759:2048_1920x0_80_0_0_a61b614f742e34aca21d822c211d9085.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

безопасность, государственная корпорация по атомной энергии «росатом», россия

Безопасность, Ядерные технологии, Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», Россия

МОСКВА, 7 авг — РИА Новости. В России впервые создана и испытана активная зона — «сердце» ядерных реакторов атомных подводных лодок с ресурсом на весь жизненный цикл АПЛ, то есть не требующая перезарядки ядерного топлива, говорится в публичном годовом отчете предприятия госкорпорации «Росатом» АО «ОКБМ Африкантов» (Нижний Новгород) за 2017 год, размещенном на сайте предприятия.

7 августа 2018, 14:00

Сбывается «мечта подводников»: разработка Росатома усилит боеготовность ВМФ

Активная зона — содержащая ядерное топливо центральная область реактора, в которой происходит управляемая цепная реакция. «ОКБМ Африкантов» — головной разработчик активных зон для кораблей ВМФ.

«Завершена разработка, изготовление и были проведены межведомственные испытания двух транспортных активных зон — оптимизированной активной зоны для АПЛ 4 поколения проекта с кампанией до среднего ремонта корабля и уникальной в отечественной истории активной зоны с ресурсом на весь жизненный цикл корабля», — говорится в отчете.

Успешная эксплуатация активных зон ядерных реакторов АПЛ четвертого поколения подтверждает правильность проектных решений, на которых базируются новые проекты корабельных активных зон, отмечается в отчете.

К российским атомным подводным лодкам четвертого поколения относятся субмарины проектов «Борей» и «Ясень».

Боеготовность ВМФ

7 августа 2018, 09:04

В России создали «вечный» ядерный реактор для атомных подлодокУникальные активные зоны реактора могут работать без перезарядки на всем жизненном цикле АПЛ, говорится в отчете «ОКБМ Африкантов».

Новая разработка специалистов российской атомной отрасли в области реакторных установок для атомных подводных лодок, позволяющая обходиться без перезарядки ядерного топлива на все время эксплуатации субмарин, значительно повысит боеготовность отечественного Военно-морского флота, считают опрошенные РИА Новости военные эксперты.

«Это принципиальный вопрос, который имеет колоссальное значение для боеготовности подводных сил ВМФ, потому что «операция номер один», как мы ее называем на флоте, занимает более месяца, во время которого атомная боевая единица выводится из состава флота», — сказал агентству бывший командующий Северным флотом адмирал Вячеслав Попов.

Он пояснил, что в зависимости от проекта лодки и режима ее эксплуатации перезарядка реактора происходит раз в 5-10 лет. Время перезагрузки ядерного топлива составляет примерно месяц.

«На это время боевой состав флота сокращается на единицу. С таким же реактором коэффициент использования подводной лодки повышается в разы», — сказал адмирал.

Экономическая выгода

7 августа 2018, 10:02

Экс-командующий Балтфлотом оценил новый реактор для АПЛ

Разработка Росатома обеспечивает и большую экономическую выгоду, в свою очередь отметил бывший командующий Балтийским флотом адмирал Владимир Валуев.

«Этот реактор — мечта подводников», — подчеркнул он.

«Срок службы подлодки не менее 30 лет. Создание реактора, который может работать без перезарядки ядерным топливом на протяжении всего жизненного цикла подлодки, выгодно экономически. Замена реактора — дорогостоящий процесс. Его нужно выгрузить, поместить в защитную свинцовую емкость, отвезти к месту утилизации. Но с «вечным» реактором подлодка будет при той же боеспособности стоить дешевле», — сказал Валуев РИА Новости.

«ОКБМ Африкантов» — одно из ведущих предприятий российской атомной отрасли, входит в машиностроительный дивизион Росатома холдинг «Атомэнергомаш». «ОКБМ Африкантов» занимает ведущие позиции в создании реакторных установок различного типа и назначения, тепловыделяющих сборок и активных зон ядерных реакторов.

1 марта 2018, 20:05Инфографика

Российские Вооруженные силы сегодня и завтраРазвитие Вооруженных сил России — в инфографике Ria.ru.

как работают АПЛ?

Австралия будет строить, использовать и комплектовать экипажи атомных подводных лодок в соответствии с новым соглашением с Соединенным Королевством и Соединенными Штатами.

Впечатление художника от подводной лодки Королевского флота Великобритании HMS Astute. Credit: Handout / Getty Images

Из этого вытекает много интересных экономических и геополитических последствий, но стоит поближе взглянуть на сами подводные лодки: что такое атомная подводная лодка, чем она отличается от наших нынешних подводных лодок и представляет ли она собой какие-либо дополнительные риски безопасности?

Что такое атомная подводная лодка?

Прежде всего, основы: что мы имеем в виду, когда говорим «атомная подводная лодка»?

Атомная подводная лодка получает электроэнергию от ядерного реактора.

«Ядерный реактор используется для нагрева воды и производства пара», — объясняет Тони Ирвин, технический директор SMR Nuclear Technology.

«[Пар] затем приводит в действие паротурбинный генератор, который вырабатывает электроэнергию».

В отличие от дизель-электрических подводных лодок, которые используют дизельный двигатель для зарядки электрических батарей.

Термин «ядерный» относится только к мощности — атомные подводные лодки не обязательно несут ядерное оружие (хотя и могут). В заявлении премьер-министра Скотта Моррисона говорится, что австралийские подводные лодки не будут нести ядерное оружие.

«Австралия не стремится приобрести ядерное оружие или создать гражданский ядерный потенциал, — сказал Моррисон.

«Мы будем продолжать выполнять все наши обязательства по ядерному нераспространению».

Подробнее: Есть ли у Австралии опыт эксплуатации атомных подводных лодок?

Как работает реактор?

«Практически все атомные подводные лодки используют так называемый PWR, водо-водяной реактор, — говорит Ирвин.

«Это точно такая же технология, как и в большинстве энергетических реакторов по всему миру».

Ядерные реакторы работают, вырабатывая тепло от ядерного деления. Атомы урана-235 бомбардируются нейтронами, в результате чего некоторые из них расщепляются, высвобождая при этом энергию в виде тепла и большее количество нейтронов.

Иллюстрация цепной реакции ядерного деления. Предоставлено: MikeRun / Wikimedia Commons

Это представляет собой препятствие: уран-235 трудно достать, поэтому подводным лодкам требуется «обогащенный» уран.

«Большая часть урана, который вы выкапываете из земли, фактически более 99%, это уран-238, который не делящийся. С ним нельзя запустить реактор», — объясняет Эндрю Стачбери, профессор ядерной физики в Австралийском национальном университете.

Атомная структура урана-238 не позволяет ему расщепляться так же, как у урана-235.

«Только 0,7% урана, который мы добываем из-под земли, составляет уран-235. Так что вам придется пройти через этот сложный процесс обогащения», — говорит Стачбери.

Обогащение влечет за собой взаимодействие урана с фтором и последующее его разделение по массе, позволяющее сконцентрировать уран-235.

Получайте новости о научных новостях прямо на свой почтовый ящик.

Реакторы подводных лодок требуют высокообогащенного урана, чтобы работать с имеющимся у них уровнем мощности.

«Топливо на атомной подводной лодке на самом деле имеет степень обогащения, которую можно использовать в оружии», — говорит Стачбери.

Схема реактора с водой под давлением. Через Wikimedia Commons: www.commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=475349

Подводные реакторы меньше крупных наземных атомных электростанций. Тем не менее, они значительно больше, чем нынешний единственный ядерный реактор Австралии — реактор OPAL компании ANSTO, который используется для производства продуктов радиомедицины и помогает в исследованиях.

«Мощность атомной подводной лодки составляет около 150-200 МВт тепловой мощности», — говорит Ирвин.

«Для сравнения, очень большой генератор мощностью около 3400 МВт вырабатывает около 1100 МВт электроэнергии.

«Исследовательский реактор OPAL в Лукас-Хайтс, австралийский, это около 20 МВт. И электричества не производит».

Зачем вам строить атомную подводную лодку?

Ядерные реакторы, как известно, требуют большого количества технологий и опыта для безопасного управления, так зачем вам ставить их на подводное судно?

Ядерный реактор позволяет подводной лодке меньше зависеть от внешних источников питания. Дизель-электрические подводные лодки нуждаются в регулярной дозаправке, в то время как атомная подводная лодка, особенно построенная по проектам Великобритании и США, может никогда не нуждаться в дозаправке.

«Они используют так называемый высокообогащенный уран, что позволяет им работать в течение всего срока службы подводной лодки — то есть 25–30 лет — без дозаправки», — говорит Ирвин.

Дизель-электрические подводные лодки также должны часто всплывать на поверхность, чтобы включить дизельные двигатели для зарядки аккумуляторов.

Однако у атомных подводных лодок «продолжительность пребывания под водой ограничена только выносливостью экипажа и количеством пищи, которое можно перевозить в нем».

Новая подводная лодка Королевского флота HMS Astute выходит из своего причала, Великобритания. Фото: Кристофер Ферлонг / Staff / Getty Images

Силы обороны Великобритании утверждают, что их подводные лодки могут совершить кругосветное плавание без всплытия на поверхность в течение 90 дней.

Это означает, что наличие ядерного реактора на борту имеет функциональные преимущества, несмотря на дополнительные риски для безопасности.

Говоря о безопасности…

Какие проблемы с безопасностью?

Поскольку реакторы подводных лодок аналогичны наземным реакторам, но имеют меньшие размеры, многие технические аспекты и соображения безопасности остаются теми же. Но есть одно ключевое различие между подводными и наземными реакторами: движение.

«Наземный реактор не качается. И, конечно же, подводная лодка», — говорит Ирвин.

Это особенно важно при рассмотрении вопроса о добавлении и удалении управляющих стержней, которые обеспечивают устойчивость реактора и регулярную выработку энергии.

«Обычно в наземном энергетическом реакторе управляющие стержни падают под действием силы тяжести, поэтому, если вы отщелкнете их, они просто упадут», — говорит Ирвин. — На подводной лодке на это полагаться нельзя.

Вместо этого вам нужны дополнительные контроллеры, «чтобы убедиться, что реактор всегда можно отключить внутри подводной лодки под любым углом».

С другой стороны, у подводных лодок всегда есть доступ к воде, которая необходима для охлаждения реактора, если он слишком сильно нагревается.

Источник питания

— Как работают подводные лодки

Атомные подводные лодки

используют ядерные реакторы , паровые турбины и редуктор для привода главного гребного вала, обеспечивающего прямую и обратную тягу в воде (электродвигатель приводит в движение тот же вал при швартовке или в аварийной ситуации) .

Подводные лодки также нуждаются в электроэнергии для работы бортового оборудования. Для обеспечения этой мощности подводные лодки оснащены дизельными двигателями, работающими на топливе, и/или ядерными реакторами, использующими расщепление ядер. У подводных лодок также есть батареи для подачи электроэнергии. Электрическое оборудование часто питается от аккумуляторов, а для зарядки аккумуляторов используется мощность дизельного двигателя или ядерного реактора. В экстренных случаях батареи могут быть единственным источником электроэнергии для питания подводной лодки.

Дизельная подводная лодка — очень хороший пример гибридного транспортного средства. Большинство дизельных подводных лодок имеют два или более дизельных двигателя. Дизельные двигатели могут работать с пропеллерами или генераторами, которые заряжают очень большой аккумулятор. Или они могут работать в комбинации: один двигатель приводит в движение пропеллер, а другой — генератор. Подводная лодка должна всплыть (или плыть чуть ниже поверхности, используя трубку), чтобы запустить дизельные двигатели. Как только батареи полностью зарядятся, субмарина может уйти под воду. Аккумуляторы питают электродвигатели, приводящие в движение гребные винты. Работа от аккумуляторной батареи — единственный способ погружения дизельной подводной лодки. Ограничения аккумуляторной технологии сильно ограничивают время, в течение которого дизельная подводная лодка может оставаться под водой.

Из-за этих ограничений батарей было признано, что ядерная энергия на подводной лодке дает огромные преимущества. Ядерным генераторам не нужен кислород, поэтому атомная подводная лодка может оставаться под водой неделями. Кроме того, поскольку срок службы ядерного топлива намного превышает срок службы дизельного топлива (годы), атомной подводной лодке не нужно подниматься на поверхность или в порт для дозаправки, и она может оставаться в море дольше.

Атомные подводные лодки и авианосцы питаются от ядерных реакторов, которые почти идентичны реакторам, используемым на коммерческих электростанциях. Реактор вырабатывает тепло для выработки пара, который приводит в действие паровую турбину. Турбина на корабле напрямую приводит в движение гребные винты, а также электрические генераторы. Два основных различия между коммерческими реакторами и реакторами на атомных кораблях заключаются в следующем:

Реактор атомного корабля меньше.