Глава 2. Как поднимают подводные лодки?

Что такое запас плавучести?

Истинную причину гибели лодки можно установить лишь после ее подъема. Если решение о подъеме принято, то перед инженером - техническим руководителем судоподъемных работ - возникает множество вопросов, ответы на которые должны быть получены прежде, чем водолазы спустятся под воду.

Сколько весит лодка? Какими средствами ее лучше поднять? Где и как закрепить подъемные стропы?

Прежде чем ответить на эти вопросы, следует познакомиться с некоторыми особенностями устройства подводной лодки, которые существенно влияют как на выбор способа подъема, так и на весь ход судоподъемных работ.

Устройство подводной лодки. 1 - прочный корпус; 2 - легкий корпус; 3 - ограждение рубки; 4 - боевая рубка; 5 - цистерна главного балласта; 6 - киль

С точки зрения инженера-кораблестроителя подводная лодка отличается от надводного судна способностью преднамеренно изменять свою осадку вплоть до полного погружения под воду. Для этого вдоль бортов лодки предусмотрены специальные цистерны, образующие как бы второй корпус. Таким образом, в отличие от надводного судна подводная лодка имеет два корпуса: прочный, в котором располагаются экипаж, вооружение, механизмы, запасы и т. д., и легкий, который служит для придания лодке необходимых мореходных качеств, а также размещения в нем ряда цистерн, систем и устройств.

При погружении подводной лодки прочный корпус испытывает значительное забортное давление и поэтому имеет цилиндрическую форму с небольшой конусностью в оконечностях. Такая форма была признана наилучшей для сопротивления давлению воды на глубине и еще в конце XIX в. предложена русским ученым-кораблестроителем Алексеем Николаевичем Крыловым^*.

^* (В проекте "Водобронного миноносца", разработанного в 1892-1896 гг, русским изобретателем С. К. Джевецким при участии А. Н. Крылова, погружающийся прочный корпус имел цилиндрическую форму. Научное обоснование расчетов А. Н. Крылов представил в виде специального отчета "Расчеты и пояснительная записка к проекту "Водобронного миноносца".)

Прочный корпус лодки состоит из набора и обшивки, толщина которой в зависимости от диаметра корпуса и глубины погружения достигает для современных иностранных лодок 35 мм и более. Чтобы при повреждении обшивки вода не могла заполнить весь прочный корпус, он разделяется водонепроницаемыми переборками на отдельные отсеки. Переборки, отделяющие крайние отсеки, делают, как правило, более прочными по сравнению с остальными. В этих отсеках экипаж в случае аварии и падения лодки на грунт на глубинах, не превышающих прочности переборок, может укрыться и ждать прихода спасательных судов или принимать меры к самостоятельному спасению. Поэтому эти отсеки называют отсеками-убежищами.

На прочном корпусе над центральным постом устанавливается боевая рубка. На первых подводных лодках рубка представляла небольшой колпак, снабженный иллюминаторами для наблюдения за поверхностью моря, в который могла поместиться только голова человека. Постепенно габариты рубки увеличивались, и она превратилась в командный пост. Боевая рубка обладает такой же прочностью, как и основной корпус, и входит в постоянный плавучий объем подводной лодки.

Легкий корпус состоит из носовой и кормовой оконечностей, палубной надстройки, ограждения боевой рубки и наружного корпуса, который простирается по всей длине подводной лодки. В водонепроницаемой части легкого корпуса расположены цистерны главного балласта (ЦГБ), а у дизельных подводных лодок - и топливные цистерны. Обшивка легкого корпуса рассчитана на такую прочность, чтобы она могла противостоять ударам волн и обеспечивать герметичность цистерн. В своей нижней части легкий корпус соединяется с прочным с помощью киля.

Чтобы плавать под водой в нормальном положении и выполнять свойственные ей боевые задачи, на подводной лодке кроме ЦГБ размещаются еще цистерны вспомогательного балласта и цистерны специального назначения. Все они, как правило, расположены в прочном корпусе и входят в постоянный плавучий объем подводной лодки.

К цистернам вспомогательного балласта относятся уравнительная, носовая и кормовая дифферентные цистерны. Уравнительная цистерна расположена в средней части корпуса и предназначена для уравнивания сил тяжести и плавучести подводной лодки при ее плавании под водой. Дифферентные цистерны размещаются в концевых отсеках лодки и служат для выравнивания ее дифферента (разности осадок носом и кормой).

К цистернам специального назначения относятся цистерна быстрого погружения, топливные, масляные, пресной и грязной воды, торпедозаместительные и цистерны кольцевого зазора. Они служат для успешного решения боевых и повседневных задач. Общий объем вспомогательных и специальных цистерн для дизельных подводных лодок составляет около 8-10% всего непроницаемого объема.

На подводную лодку, плавающую на поверхности или под водой, так же как и на любое надводное судно, действуют сила тяжести и сила плавучести.

Сила тяжести (сила веса) - сила, с которой подводная лодка притягивается к Земле. Она является равнодействующей сил тяжести всех частей подводной лодки и находящихся на ней грузов. Эта сила приложена в центре тяжести (ЦТ) и направлена вертикально вниз. Вычислить ее можно по формуле

где m - масса подводной лодки, т; g - ускорение свободного падений, м/с².

Водоизмещение и запас плавучести подводной лодки: а - надводное положение; б - подводное положение

Сила плавучести, или Архимедова сила, как ее иногда называют, является равнодействующей сил гидростатического давления воды, действующих на корпус лодки. Она всегда направлена вертикально вверх и приложена в геометрическом центре погруженного объема, называемом центром величины (ЦВ). Сила плавучести численно равна массе вытесненной лодкой воды и определяется по формуле

где γ=pg - удельный вес воды, кН/м³; р - плотность воды, т/м; М - объем воды, вытесненной подводной лодкой (объемное водоизмещение подводной лодки), м³.

Чтобы лодка плавала без крена и дифферента, необходимо соблюдать два условия:

1. Сила тяжести подводной лодки должна быть равна силе плавучести, т. е.

2. Точки приложения сил G и D должны находиться на одной вертикали к действующей ватерлинии, т. е. абсциссы и ординаты точек ЦТ и ЦВ должны быть равны, а ординаты, кроме того, равны нулю.

Второе условие математически записывают следующим образом:

где x_g, y_c - абсцисса и ордината центра тяжести^*, м; x_c, y_c - абсцисса и ордината центра величины, м.

^* (Здесь и далее абсциссы ЦТ и ЦВ измеряются от мидель-шпангоута, а ординаты - от основной линии.)

Выражения (3) и (4) называют уравнениями равновесия. Они характеризуют условия плавания корабля без крена и дифферента.

Уравнения равновесия справедливы как для надводного корабля, так и для подводной лодки в надводном и подводном положениях. Но для того, чтобы рассмотреть процесс погружения и всплытия подводной лодки, необходимо ввести еще одно важное понятие - запас плавучести.

Запасом плавучести называется весь непроницаемый для воды объем надводного корабля или подводной лодки, расположенный выше действующей ватерлинии. Запас плавучести измеряется чаще всего в процентах от нормального водоизмещения корабля (крейсерского водоизмещения подводной лодки) и определяется по формуле

где V_п.о - полный объем водонепроницаемой части корабля, м³; V_н - объем погруженной части корабля при нормальном водоизмещении, м³.

Для подводной лодки равенство (5) соответственно можно записать в виде

где V_п - подводное водоизмещение, м³; V_к - крейсерское водоизмещение, м³.

Следует иметь в виду, что с изменением посадки подводной лодки ее запас плавучести также изменится.

Для надводных кораблей запас плавучести определяет в первую очередь их непотопляемость и составляет 80-100%. Когда в результате полученных повреждений корабль тонет без крена и дифферента, говорят, что он потерял свой запас плавучести^*.

^* (Корабли могут тонуть, переворачиваясь вверх днищем или ложась на борт. В этих случаях гибель корабля происходит от потери остойчивости.)

Подводная лодка должна "тонуть", т. е. погружаться под воду, не в результате аварии, а по приказанию командира, и в дальнейшем опять всплывать на поверхность. Для совершения этих действий сначала необходимо "погасить" запас плавучести путем приема воды в цистерны главного балласта, а затем восстановить его, для чего цистерны продувают воздухом.

Таким образом, для подводной лодки максимальный запас плавучести численно равен объему ее цистерн главного балласта. Но запас плавучести обеспечивает лодке не только возможность погружения и всплытия, а также, как и для надводных кораблей, непотопляемость и мореходность. При этом для подводных лодок различают два вида непотопляемости: надводную и подводную.

Надводная непотопляемость - это способность лодки оставаться на плаву и не опрокидываться после затопления части отсеков прочного корпуса и прилегающих к ним цистерн главного балласта. Можно отметить, что надводная непотопляемость лодки в принципе не отличается от непотопляемости надводных кораблей.

Под подводной непотопляемостью понимают способность лодки, находящейся в подводном положении, при поступлении воды внутрь прочного корпуса удержаться от провала за предельную глубину и сохранить возможность дальнейшего движения в подводном положении или всплытия на поверхность.

Иногда к этим условиям добавляют требование, чтобы лодка после получения повреждений и проведения мероприятий по борьбе с водой имела посадку и остойчивость, обеспечивающие возможность хотя бы ограниченного использования ее по назначению [5, с. 99].

К основным конструктивным мерам, обеспечивающим надводную и подводную непотопляемость, в процессе проектирования обычно относят:

- придание подводной лодке запаса плавучести и остойчивости определенной величины;

- разделение водонепроницаемыми переборками на отсеки прочного корпуса и на отдельные цистерны главного балласта легкого корпуса;

- создание главной энергетической установки подводной лодки, обеспечивающей поддержание или форсирование хода после аварии.

Очевидно, что чем больше запас плавучести и меньше затапливаемый объем отсеков и поврежденных цистерн, тем непотопляемость выше. Однако при этом увеличивается время погружения лодки и снижаются ее скорость и дальность плавания, т. е. ухудшаются ее основные боевые качества. Поэтому при проектировании подводных лодок стараются выбрать оптимальный запас плавучести в пределах 15-35% от крейсерского водоизмещения.

В начальный период подводного кораблестроения запас плавучести лодок был невелик (всего 5-15%), и лодки практически не могли далеко уходить от берега из-за невысоких мореходных качеств.

В 1897 г. во Франции был объявлен открытый конкурс на лучший проект подводной лодки. В нем приняло участие 47 морских инженеров из разных стран. Лучший проект награждался премией в размере 10 000 франков.

Эта премия досталась талантливому французскому инженеру М. Лобефу, предложившему проект подводной лодки "Нарвал". Он использовал идею двойного корпуса, выдвинутую в проекте "Водобронного миноносца" русским изобретателем С. К. Джевецким. Так же, как и Джевецкий, Лобеф разместил прочный цилиндрический корпус "Нарвала" внутри корпуса миноносца. Пространство между двумя корпусами oслужило балластными цистернами. При подводном водоизмещении лодки, равном 200 т, объем цистерн составлял более 80 м³, или 42%.

Подводную лодку "Нарвал" спустили на воду в Шербуре в октябре 1898 г., а через два года она начала свою службу в качестве боевой единицы французского флота. Первые плавания "Нарвала" наряду с достоинствами выявили и серьезные недостатки, в частности довольно продолжительное время погружения под воду - оно составляло 20 мин. За этот период в ходе боевых действий противник мог нанести удар. Поэтому уже на следующей лодке этого типа - "Сирене" - запас плавучести уменьшили до 26%, и, таким образом, время погружения также сократилось.

Вследствие малого запаса плавучести на первых подводных лодках остро стояла проблема непотопляемости. Вначале ее пытались решить путем быстрого сбрасывания твердых грузов, которые размещали в киле и поэтому называли отрывными килями. Эти грузы в виде металлических брусков массой по несколько тонн закрепляли к килю с помощью поворотных гаков. Гаки можно было отдавать либо поворотом особой рукоятки из центрального поста, либо автоматически после того, как лодка опустилась на определенную глубину, на которой давление воды, действуя на поршень, освобождало гак. Наибольшее распространение получили отрывные кили первого типа.

Подробно вопросами размещения отрывного киля занимался французский инженер Мога еще в начале XX в. Он предложил создать отрывной киль из брусков общей массой 30 т (15% водоизмещения). Такой киль был установлен на лодке "Фарфадет", которая имела девять отсеков, и, чтобы обеспечить ее всплытие при затоплении любого из них, Мога распределил бруски по длине и бортам. Однако, несмотря на такую конструкцию отрывного киля, лодка "Фарфадет" затонула в Бизерте в 1905 г. из-за неплотного закрытия входного рубочного люка. Давлением воды была разрушена внутренняя переборка, и на корабле оказались затопленными сразу два отсека, в том числе центральный пост, из которого можно было отдать отрывной киль.

К месту аварии прибыли спасательные суда и подъемный кран. Водолазы установили связь по азбуке Морзе с членами экипажа. Вокруг корпуса лодки завели стропы и начали подъем. Когда кормовая оконечность уже показалась из воды, стропы соскользнули, и лодка снова провалилась на грунт. Продолжению спасательных работ помешал разыгравшийся шторм. Лишь через 3 сут подъем возобновили, но на сигналы водолазов из лодки уже никто не отвечал [27].

Французская подводная лодка "Лютин", оборудованная отрывными килями, затонула в Бизерте в 1906 г. Во время тренировочных погружений на большую глубину прочный корпус в кормовой части не выдержал, и в лодку стала поступать вода. С буксирного парохода, сопровождавшего "Лютин", увидели, как на поверхности показался нос лодки, а затем все скрылось под водой. Немедленно начали поиск и подъем. Это заняло десять суток. При осмотре лодки выяснилось, что команда "отдать отрывные кили и продуть цистерны" из-за большого дифферента не была исполнена. На лодке "Лютин", так же как и на лодке "Фарфадет", погибло 14 человек.

При более благоприятных условиях экипажам лодок удавалось спастись благодаря своевременной отдаче отрывных килей. Так, сумели удержаться на поверхности после аварии французские подводные лодки "Тритон" (1901 г.), "Силур" (1903 г.) и "Бонит" (1907 г.), а русской подводной лодке "Карась" удалось даже всплыть с грунта (1908 г.). Поэтому, несмотря на крупные недостатки (большую массу, невозможность повторно уйти под воду после небольшой аварии), отрывные кили устанавливали на некоторых лодках вплоть до второй мировой войны.

Тем временем специалисты продолжали поиски более рационального способа обеспечения непотопляемости. Было предложено, например, заменить твердый груз жидким, т. е. водой, размещаемой в специальной цистерне, которая называлась отрывной или спасательной. Она располагалась вокруг уравнительной цистерны, а по прочности не уступала прочному корпусу. При плавании под водой цистерна всегда была заполнена и представляла резерв плавучести, которым можно воспользоваться в любой момент. Опорожнение цистерны производилось сжатым воздухом высокого давления.

Просуществовали отрывные цистерны недолго, их функции стала выполнять средняя группа цистерн главного балласта, называемая часто командирской. С этого времени продувание балластных цистерн при серьезных повреждениях корпуса или поступлении внутрь лодки забортной воды стало главным методом борьбы за непотопляемость, который сохранился до наших дней.

26 сентября 1932 г. во время маневров столкнулись два шведских военных корабля: крейсер "Фульгия" (водоизмещение 4980 т) и подводная лодка "Беверн" (надводное водоизмещение 500 т, запас плавучести 30%)- От удара лодка получила большой крен, и вода хлынула внутрь корпуса через пробоину. Командир лодки не растерялся и приказал отдать отрывной киль, продуть все балластные цистерны. Одновременно дали полный ход вперед, а горизонтальные рули переложили на всплытие. Несмотря на то что лодка уже погрузилась на глубину 16 м, ей удалось всплыть на поверхность [15].

Хорошо известны примеры самоотверженной борьбы за спасение лодок в период Великой Отечественной войны. Так, на лодке, которой командовал Герой Советского Союза Михаил Васильевич Грешилов, во время боевого похода в 1942 г. при выполнении команды "срочное погружение" из-за ошибки курсанта-стажера оказался открытым газовыхлопной клапан дизелей. Вода под большим давлением стала поступать в отсек, и "малютка" начала почти вертикально погружаться кормой. Уже была пройдена предельная глубина погружения, корпус лодки угрожающе затрещал. Спасти могло только одно: немедленная подача сжатого воздуха в цистерны главного балласта. Добраться до клапанов аварийного продувания при таком дифференте совсем не просто. Но трюмный машинист А. С. Морухов сумел пробраться ползком, дотянуться до клапана и подать воздух в кормовую цистерну. Боевой корабль был спасен [12].

Продувание цистерн главного балласта используют не только при подъеме лодок, но об этом будет рассказано ниже.