Непотопляемость подводных лодок

Непотопляемость — один из элементов живучести подводных лодок. (Степень обеспечения непотопляемости определяет вероятность гибели ПЛ при получении повреждений, связанных с проникновением воды в прочный корпус. Непотопляемость ПЛ принято разделять на надводную и подводную [132]. Физические основы надводной непотопляемости ПЛ и надводных кораблей общие: наличие достаточного запаса плавучести и соответствующее разделение прочного корпуса и междубортного пространства поперечными переборками.

В то же время, современные подводные лодки со сложившимся архитектурно-конструктивным обликом и установившимися кораблестроительными элементами обладают рядом характерных особенностей в части надводной непотопляемости, которые отличают их от надводных кораблей [83]. В число таких особенностей входят:

— относительно малый запас плавучести (25% и менее) и, соответственно, малая высота непроницаемого надводного борта;

— форма водоизмещающей в надводном положении части корпуса ПЛ — круговая, с завалом бортов к диаметральной плоскости в надводной части на относительно небольшой высоте от крейсерской ватерлинии;

— относительно большие по конструктивным соображениям объемы отсеков прочного корпуса, что приводит к серьезным последствиям при затоплении даже одного отсека, а в случае потери герметичности межотсечных переборок гибель ПЛ становится неизбежной и является только вопросом времени.

Отмеченные особенности архитектуры корпуса определяют зависимость остойчивости формы подводных лодок от осадки и наклонений, а применительно к вопросам непотопляемости — от величины и плеча приложения аварийной нагрузки. При малой величине запаса плавучести и высоте непроницаемого надводного борта даже при небольших дифферентах происходит вход в воду концевых переборок прочного корпуса или концевых ЦГБ. Это приводит к началу интенсивного сокращения площади действующей ватерлинии и, как следствие, к снижению остойчивости формы.

Заостренная, близкая к конической кормовая часть корпуса с меньшим в 1,5...2,0 раза по сравнению с носовой частью коэффициентом общей полноты обуславливает различные способности подводной лодки воспринимать равные по величине дифферентующие моменты на носовую и кормовую оконечности. Последнее определяет большую опасность затопления кормовых отсеков прочного корпуса. Поэтому характерной причиной гибели подводной лодки может быть потеря продольной остойчивости (в отличие от надводных кораблей, обычно теряющих вначале поперечную остойчивость).

Как следствие отмеченного выше, требования, предъявляемые к надводной непотопляемости ПЛ, минимальны: в крейсерском положении ПЛ должна оставаться на плаву при затоплении любого одного отсека с прилегающими к нему ЦГБ одного борта или концевого отсека с концевой цистерной. Другой вариант требований предусматривает частичное затопление отсека прочного корпуса с прилегающими цистернами или без них. Объем затопления в этом случае должен быть конструктивно ограничен находящимися в отсеке настилами, сохраняющими непроницаемость в надводном положении.

При этом посадка (аварийный крен и дифферент) и характеристики остойчивости ПЛ должны удовлетворять требованиям, гарантирующим, что положение ее на поверхности будет устойчивым.

В случаях невыполнения требований надводной непотопляемости поступают следующим образом:

— увеличивают остойчивость путем понижения центра тяжести ПЛ. При увеличении остойчивости аварийный угол крена уменьшается;

— уменьшают объемы прилегающих к аварийному отсеку цистерн главного балласта путем увеличения их количества;

— для уменьшения аварийного крена иногда концевые ЦГБ делают разделенными в ДП;

— уменьшают объемы отсеков путем переноса в нос или в корму межотсечных переборок.

Если межотсечные переборки нельзя перенести из-за находящегося в отсеке оборудования или по каким-либо другим причинам, тогда отсек делят герметичным и прочным настилом на два изолированных помещения: верхнее и нижнее.

Подводной непотопляемостью называется способность ПЛ, находящейся в подводном положении, всплывать на поверхность при поступлении воды внутрь непроницаемых в подводном положении объемов с заданной интенсивностью или оставаться под водой с оговоренными величинами крена, дифферента и метацентрической высотой при затоплении определенной части указанных объемов [109].

Особый случай подводной непотопляемости — всплытие на поверхность аварийной ПЛ, лежащей на грунте с любым одним затопленным отсеком. Очевидно, что наибольшая глубина, с которой следует рассматривать такое всплытие, не может превышать расчетной глубины межотсечных переборок (если не принимать во внимание возможность наддува отсеков, смежных с аварийным).

Из вышеизложенного следует, что при любом виде подводной аварии подводная лодка, в конечном итоге, должна перейти в надводное положение, т.е. обладать надводной непотопляемостью.

В отличие от надводной, подводная непотопляемость не являет-ся физическим свойством, органически присущим подводному кораблю, так как:

— в подводном положении запас плавучести ПЛ равен нулю (все ЦГБ заполнены), следовательно, не может самопроизвольно возникнуть сила, компенсирующая массу влившейся в ПК воды;

— продольная остойчивость подводной лодки в подводном положении мала и равна поперечной (Н=h), поэтому в аварийных ситуациях, сопровождаемых появлением больших дифферентующих моментов, лодка может получить катастрофические дифференты.

Поскольку самопроизвольная компенсация отрицательной плавучести и дифферентующих моментов при аварии невозможна, для спасения ПЛ необходимы автоматические противоаварийные средства и соответствующие действия хорошо обученного, тренированного экипажа:

— продувание неповрежденных ЦГБ воздухом высокого давления или газогенераторами;

— использование маневренных и ходовых возможностей ПЛ (при работоспособных ЭУ и органах управления) для вывода ее в зону безопасных для прочности межотсечных переборок глубин или на поверхность;

— подача ВВД в аварийный отсек для уменьшения количества воды в нем или скорости ее поступления. Последнее возможно только в том случае, если поступление воды происходит в нижней части ПК;

— подача ВВД в отсеки, смежные с аварийным, для подпора межотсечных переборок;

— использование водоотливных средств.

Спасение подводной лодки при прорыве воды в ПК в подводном положении в общем случае оказывается исключительно сложной задачей по нескольким причинам, таким как:

— быстрота нарастания аварийной ситуации — глубины погружения и дифферента;

— недостаточность информации из аварийного отсека и, как следствие, запаздывание в принятии решений по борьбе за живучесть корабля;

— неизбежный выход из строя важных технических средств (электрооборудования, систем управления и т.д.) вследствие попадания воды.

Специфические особенности подводной аварии ПЛ приводят к выводу, что подводная непотопляемость не может быть гарантирована при проектировании корабля подобно надводной. Вместо термина подводной непотопляемости более логично ввести понятие живучести ПЛ при нарушении герметичности ПК в подводном положении, рассматривая возможность спасения ПЛ в каждом конкретном случае [5].

Сказанное выше относительно подводной непотопляемости не означает бесполезность мероприятий по спасению корабля при подводной аварии, но подчеркивает сложность этой проблемы и необходимость создания высоконадежных и эффективных противоаварийных средств, разработки рациональных проектно-конструкторских решений.

Таким образом, подводная непотопляемость в значительной мере обеспечивается за счет динамических сил и, по сути, является динамическим качеством ПЛ. Поэтому теория подводной непотопляемости традиционно рассматривается в разделе динамики ПЛ, где используется соответствующий методический и математический аппарат, основанный на описании системой уравнений переменных во времени сил и моментов, действующих на подводную лодку. Учитывается также возможный выход из строя технических средств от влившейся в отсек воды.

Сказанное тем более справедливо, поскольку расчеты движения аварийной ПЛ показывают, что во многих случаях спасение оказывается возможным (рис. 3.3).

На основе результатов таких расчетов могут быть сделаны рекомендации по управлению ПЛ в процессе борьбы с аварией в реальных условиях.

В отношении проблемы непотопляемости в мировом подводном кораблестроении прослеживаются две тенденции. В отечественном флоте по установившейся традиции предъявляются требования к непотопляемости — в объеме, изложенном в начале параграфа. Выполнение этих требований налагает определенные условия на объемы и количество отсеков ПК и ЦГБ и приводит к необходимому запасу плавучести Σ = (0,2...0,25)D, а иногда и более, что влечет рост объемов проницаемых частей в оконечностях и надстройке. Таким образом, выполнение требований непотопляемости, даже при одноотсечном стандарте приводит:

— к росту полного подводного водоизмещения и смоченной поверхности корпуса, что снижает скорость полного подводного хода (при неизменной мощности ЭУ);

— к некоторому увеличению нормального водоизмещения за счет роста массы наружного корпуса, межотсечных переборок, некоторых систем (погружения-всплытия, ВВД), что повышает трудоемкость и стоимость постройки ПЛ;

- к некоторому ухудшению отдельных элементов скрытности. Иная тенденция, наблюдаемая в большинстве иностранных флотов, состоит в постройке ПЛ с запасом плавучести порядка Σ = (0,12...0,15)D а также в сокращении числа межотсечных переборок и увеличении относительных размеров отсеков. При таком запасе плавучести ПЛ еще имеет удовлетворительные мореходные качества в надводном положении в неповрежденном состоянии, и, вероятно, может быть спасена при некоторых, самых легких авариях.

Для обоснованного отказа от обеспечения непотопляемости в традиционном понимании российских конструкторов может быть приведено следующее соображение: в военное время нахождение аварийной ПЛ на поверхности моря с затопленным отсеком не имеет смысла — такая ПЛ будет быстро уничтожена противником. Плавание же в слое глубин, соответствующем прочности межотсечных переборок, весьма проблематично. Поэтому улучшение других ТТХ за счет отказа от надводной непотопляемости может принести положительный эффект. Например, уменьшение запаса плавучести с 30 до 15% при прочих равных условиях снижает полное подводное водоизмещение (Vпп) на 10% и увеличивает скорость полного хода подводной лодки на 3%.

С другой стороны, опыт эксплуатации ПЛ свидетельствует, что аварии случаются и в мирное время, которое может продолжаться в течение всей жизни корабля, и поскольку «цена» непотопляемости не слишком велика, нет веских причин для отказа от традиционных требований. Естественно, проектировщик должен принимать такие проектно-конструкторские решения, которые обеспечат удовлетворение требований непотопляемости при минимальном запасе плавучести. К таким решениям могут быть отнесены:

— рациональная расстановка межотсечных переборок в прочном корпусе по условиям непотопляемости и разбивка ЦГБ в междубортном пространстве (по возможности, с учетом других проектных соображений); 

— установка на всех цистернах кингстонов, что позволяет уменьшить необходимый запас плавучести на 5...7% (от нормального водоизмещения) по сравнению с бескингстонными цистернами;

— обеспечение возможности продувания выгородки ГАС в аварийной ситуации.

При использовании этих мероприятий традиционные требования по надводной непотопляемости могут быть обеспечены уже при запасе плавучести примерно 18...20%.

Следует иметь в виду, что наличие достаточного запаса плавучести при рациональном размещении переборок в ПК и междубортном пространстве является необходимым, но недостаточным условием для спасения ПЛ при подводной аварии.

Первостепенное значение приобретают специальные противоаварийные мероприятия проектно-конструкторского характера — такие, как:

— применение средств быстрого продувания ЦГБ (генераторы давления на основе использования порохов и гидрореагирующих веществ);

— использование сбрасываемого твердого балласта;

— отказ от трубопроводов внутри ПК, находящихся под забортным давлением;

— общее уменьшение забортных отверстий в ПК;

— сведение забортных отверстий и трубопроводов в коффердамы небольшого объема, отделенные от остальных отсеков ПК переборками повышенной прочности, и устройство прочных аварийно-балластных цистерн, компенсирующих отрицательную плавучесть и дифферентующие моменты при затоплении коффердамов, а также ряд других.