Может ли лодка поднять себя? [1982 Молчанов В.А.

В начале главы уже была рассмотрена роль запаса плавучести для обеспечения надводной непотопляемости подводной лодки. Под водой лодка не имеет этого запаса и поэтому не может плавать даже с одним затопленным отсеком. Но в отдельных случаях она может самостоятельно всплыть на поверхность без помощи спасательных судов. Для осуществления подобного самоподъема экипажу лодки необходимо выполнить следующее:

- уменьшить затопление аварийного отсека путем создания в нем противодавления и вытеснения воды сжатым воздухом до уровня отверстия, через которое она поступает;

- за счет продувания воздухом неповрежденных цистерн главного балласта создать силы плавучести, превышающие подъемный вес с учетом сопротивления грунта;

- обеспечить равенство дифферентующих моментов подъемного веса и сил плавучести относительно носа и кормы.

Наибольшую сложность представляет выполнение последнего условия. Во время аварии нарушение герметичности прочного корпуса чаще всего сопровождается разрушением смежных с отсеком балластных цистерн. Из-за этого точка приложения сил тяжести смещается в сторону поврежденной оконечности, а силы плавучести - в противоположную сторону. В случаях,

о которых рассказывалось выше, или повреждался центральный отсек и балластные цистерны продувались относительно него симметрично (лодка "Беверн"), или поступление воды в концевой отсек было незначительным, а прилегающие к нему цистерны оставались целыми ("малютка" Грешилова).

Схема действия сил при всплытии носовой оконечности лодки

Для того чтобы лучше понять, почему так трудно обеспечить равенство дифферентующих моментов, рассмотрим схему действия сил на подводную лодку при затоплении одного из ее кормовых отсеков. Прежде всего заметим, что на лодку, лежащую на грунте, кроме подъемного веса P_под и подъемных усилий Q действует еще одна сила - нормальное давление грунта. Численно она равна разности между P_под и Q. В теории судоподъема эту силу принято называть опорной реакцией грунта и обозначать R_A.

При отсутствии подъемных усилий опорная реакция грунта равна подъемному весу и приложена на одной вертикали с ним. После создания подъемных усилий реакция грунта будет уменьшаться, а точка ее приложения перемещаться в сторону, противоположную поднимаемой оконечности (точка A). Положение этой точки (ее обычно называют точкой поворота). в любой момент можно определить из уравнения моментов сил P_под и Q, взятых относительно нее. В положении статического равновесия эти моменты равны между собой:

В этом уравнении неизвестны обе координаты точки A: x_a и z_a. Чтобы их определить, одну из координат обычно задают заранее или находят другими способами. Например, при подъеме со скалистого несжимаемого грунта x_a и z_a можно определить, построив чертеж. При приближенных расчетах, как правило, задают предельное значение x_a:

Из уравнения (22) легко получить значение угла статического дифферента для лодки, находящейся в равновесии. Для этого достаточно обе его части разделить на cosφ), а затем найти tgφ):

Для всплытия всей лодки необходимо, чтобы R_A=P_под-Q=0. Тогда уравнение (24) примет уже знакомый вид уравнения равновесия (16).

При серьезных авариях, связанных с поступлением большого количества воды, часто прибегают к подъему не всей лодки, а только одной неповрежденной оконечности, чтобы, например, экипаж мог выйти на поверхность через торпедные аппараты или специально вырезанные отверстия. Используемые при этом подъемные усилия Q могут быть меньше подъемного веса P_под.

Угол дифферента при подъеме оконечности определяют по формуле (24). Ввиду того, что значения P_под, Q и их координаты зависят от угла φ, решить это уравнение лучше всего графически. Такой метод, предложенный академиком Ю. А. Шиманским, основан на построении двух функций f₁ и f₂, соответствующих правой и левой частям уравнения (22). Зададим ряд значений угла φ и рассчитаем кривые зависимости от него моментов сил плавучести и подъемного веса. Точка пересечения этих кривых есть искомый угол статического дифферента.

Определение угла статического дифферента графическим методом

Однако для спасения экипажа лодки недостаточно, чтобы на поверхность всплыла только ее неповрежденная оконечность. Необходимо, чтобы такое положение лодки было остойчивым. Остойчивость - это способность плавающей на поверхности или погруженной подводной лодки противодействовать внешним усилиям, отклоняющим ее от положения равновесия. После прекращения действия этих усилий лодка должна вновь возвратиться в исходную позицию. Таким образом, остойчивость - свойство равновесного

Необходимость соблюдения требований остойчивости при спасении экипажа очевидна. Действительно, если после открытия крышки торпедного аппарата под действием волнения моря или других сил лодка накренится на борт, где расположен этот аппарат, то через него внутрь отсека попадет вода, и лодка окончательно затонет.

Вывод формул остойчивого положения лодки довольно сложен. Поэтому ограничимся геометрическим правилом, следующим из этого вывода. Положение подводной лодки, опирающейся одной оконечностью на грунт, будет остойчивым, если линия, соединяющая точки приложения сил плавучести и подъемного веса, проходит ниже точки опоры. Это правило справедливо, если на лодке нет подвижных грузов, способных перемещаться при наклонениях.

Во время аварийной ситуации на лодке, связанной с поступлением воды внутрь прочного корпуса, экипажу бывает трудно точно оценить обстановку и правильно выбрать цистерны главного балласта, которые следует продуть воздухом. Поэтому различные варианты затопления отсеков с подбором необходимых цистерн обычно рассматривают еще в период проектирования и постройки. Такие расчеты в виде таблиц входят в документацию по непотопляемости и постоянно хранятся на лодке.

История спасения экипажей подводных лодок насчитывает несколько примеров подъема оконечностей с этой целью. Наиболее поразительный и поучительный случай произошел в 1920 г. с американской подводной лодкой "S-5" [47, с. 80-83].

1 сентября 1920 г. подводная лодка "S-5" проводила ходовые испытания в 40 милях от мыса Делавэр (Атлантическое побережье США). После этой проверки лодка должна была войти в состав ВМС США.

Великолепная погода и успешный ход предыдущих испытаний настроили экипаж весьма оптимистично и вселили уверенность в их благополучное завершение. После обеда, приблизительно около 13 ч дня, командир лодки, капитан-лейтенант Ч. Кук дал команду на погружение. По этой команде на дизельных лодках обычно останавливают двигатели надводного хода, закрывают клапан трубопровода подачи воздуха к дизелям и клапан главной вентиляционной магистрали, через которую воздух попадает внутрь корпуса при плавании на поверхности. Старшина, в чьи обязанности входило закрытие обоих клапанов, отвлекся и не успел перекрыть вентиляционный трубопровод. Во время погружения вода через него стала поступать в отсеки.

Во всех отсеках лодки, кроме аккумуляторного, на трубопроводе стояли патрубки с запорными клапанами, но быстро закрыть удалось только клапаны в дизельном помещении и центральном посту. В моторном отделении сумели перекрыть клапан только после того, как в отсек попало около 80 т воды. Клапан в торпедном отсеке располагался над запасными торпедами, густо смазанными противокоррозионным маслом. Торпедисты, сбиваемые все увеличивающимся потоком воды, не смогли к нему подобраться. Пытаясь удержать нос лодки от проваливания на глубину, вахтенный офицер приказал продуть носовые балластные цистерны. Но эти запоздалые меры способствовали лишь мягкой посадке на грунт без крена и дифферента. Вода в торпедном отсеке быстро прибывала, и экипажу пришлось уйти из него, закрыв за собой водонепроницаемую дверь.

Продольный разрез подводной лодки 'S-5': I - торпедный отсек; II - аккумуляторный отсек; III - центральный пост; IV - дизельный отсек; V - электромоторный отсек; VI - румпельное отделение; VII - прочная рубка. 1 - место поступления забортной воды; 2 - клапан (оставался открытым); 3 -клапаны (были закрыты); 4 - клапан (закрыли после приема 80 т воды); 5 - место выреза отверстия для выхода экипажа

Создавшееся положение казалось безвыходным. Лодка лежала на глубине 58,5 м. Никто на поверхности не знал об аварии, и надеяться на помощь спасательных судов не приходилось. Все же командир приказал выпустить на поверхность сигнальный буй, телефон которого напрасно звонил в течение многих часов. Вероятность того, что какое-либо из проходивших мимо судов случайно наткнется на этот маленький поплавок, была чрезвычайно мала. Экипажу лодки "S-5", состоящему из 28 человек, приходилось рассчитывать только на свои силы, ум и изобретательность.

Ч. Кук предложил рискованный план спасения, решиться на который можно было, только находясь в таком отчаянном положении, в какое попала лодка. Зная, что длина лодки больше глубины примерно на 10 м, Ч. Кук решил поставить ее почти вертикально, чтобы кормовая оконечность вышла на поверхность. В этом случае шансы обнаружить лодку с проходящих пароходов значительно увеличивались. Для осуществления этого плана необходимо было продуть кормовые балластные и топливные цистерны и перепустить воду из дизельного отсека в носовые помещения. К счастью, запас воздуха высокого давления в лодке еще сохранился. Главная опасность заключалась в выливании электролита из аккумуляторных батарей и выделении хлора, особенно после того, как в отсек попадет вода. Оставалось только надеяться, что после закрытия водонепроницаемых дверей между вторым и третьим отсеками ядовитый газ останется за переборкой.

Вопрос, что будет делать экипаж, когда лодка займет такое необычное положение, не обсуждался. Ч. Кук считал, что любые действия команды лучше, чем безвольное ожидание смерти от удушья. План обсудили с матросами и приступили к его осуществлению. Прежде всего закрепили все оборудование лодки, которое могло перемещаться при больших дифферентах. Каждый член экипажа выбрал место, где он мог удерживаться во время всплытия кормы. Проверили возможность герметизации межотсечных дверей, в том числе между вторым и третьим отсеками. Наконец, приступили к продувке цистерн.

Корма лодки всплывала сначала медленно, но при дифференте 8-10° она стремительно рванулась вверх. Как ни готовились к этому моменту, он наступил неожиданно и был подобен землетрясению. Никто из команды не удержался на ногах. Люди, вода, мебель, матрацы, инструмент, книги - все стремительно полетело вдоль лодки из моторного отсека в дизельный и далее в центральный и аккумуляторный. Один из подводников, проскочивший во второй отсек, был сразу накрыт потоком воды. Захлебываясь, он все же успел добраться до двери и закрыть ее за собой. Первая часть отчаянного плана оказалась выполненной - лодка опиралась носовой оконечностью на грунт, при этом ее дифферент составлял около 70°.

Экипаж, ободренный достигнутым успехом, решил продолжить свои действия. Путем постукивания по прочному корпусу определили район, где корма выступала над поверхностью океана. Это оказалась переборка, отделяющая моторный отсек от румпельного отделения. Здесь, в районе киля, прочный корпус лодки не имел цистерн. За толстой стальной обшивкой был свежий воздух, но чтобы добраться до него, надо было сделать в обшивке отверстие. Необходимых инструментов на лодке "S-5" не оказалось, и делать его пришлось почти голыми руками.

Это была настоящая битва за жизнь. В течение 36 ч, сменяя друг друга, подводники сумели прорезать в прочном корпусе отверстие диаметром 100 мм. Через него виднелись звезды и разноцветные огни проплывающих вдали пароходов.

Хотя с момента аварии прошло уже почти 2 сут, лодку никто не искал, и на выступающую из воды почти на 6 м корму лодки с проходящих судов не обращали внимание. Наконец, утром 3 сентября на нее почти наткнулся старый грузовой пароход "Атлантус". Его капитан, удивленный необычным предметом, остановил судно и спустил шлюпку, чтобы внимательно осмотреть буй непонятной конструкции и назначения. Когда шлюпка подошла к лодке, между капитаном и подводниками через прорезанное отверстие произошел любопытный диалог:

Этот вопрос, обычный в нормальных условиях плавания, вызвал редкий по эмоциональности ответ экипажа:

Учитывая необычное положение подводной лодки, следует признать, что такой ответ имел под собой достаточно веское основание.

На "Атлантусе" тоже не оказалось газовой резки или других инструментов, с помощью которых можно было бы увеличить отверстие и освободить измученных людей. К счастью, вскоре к месту происшествия подошел военный транспорт "Генерал Готэлз" и с его помощью подводников удалось извлечь из стального заключения.

По традиционному морскому обычаю последним из лодки выбрался ее командир, Ч. Кук. Это произошло спустя 51 ч после аварии.

О происшествии сообщили на ближайшую военно-морскую базу, откуда в район аварии направили военные корабли. Экипаж линкора "Огайо" завел трос вокруг выступавшей кормовой части лодки "S-5" и попытался отбуксировать ее к берегу. Но океан, выпустив из своих объятий команду, не захотел отдавать саму лодку. Во время буксировки, когда корабли прошли уже 5 миль, трос оборвался, и лодка снова легла на грунт. Последующие многомесячные попытки поднять лодку не увенчались успехом, так как глубина нового места затопления превышала первоначальную.

Почти через год, 7 декабря 1921 г., подобный случай произошел с другой американской лодкой - "S-48". Она проводила пробные погружения в районе порта Бриджпорт (штат Коннектикут). В качестве экипажа на борту лодки находилось 36 рабочих судостроительной компании и 5 представителей военно-морского флота. При первом же погружении лодка затонула на глубине 20 м из-за того, что кто-то из рабочих забыл установить крышки на горловины кормовых цистерн. В результате затопило три кормовых отсека: дизельный, моторный и румпельное отделение. Люди, находящиеся в них, успели перебежать в центральный пост и задраить водонепроницаемую дверь.

Каких-либо других способов спасения, кроме подъема самой лодки или ее оконечности, тогда еще не знали. Поэтому экипаж лодки "S-48" сразу же приступил к продувке носовых балластных цистерн. Нос ее вышел на поверхность при дифференте около 35°. Один из военнослужащих сумел выбраться наружу через торпедный аппарат. Его примеру последовали еще четыре человека. Все они стали подавать сигналы проходящим судам и даже зажгли факел, чтобы быстрее обратить на себя внимание. Первое подошедшее судно спасло весь экипаж, а через несколько недель лодку подняли и отвели в порт. В следующем году лодка была отремонтирована и продолжала плавать [47, с. 70].

Приведенные примеры показывают, как много может сделать экипаж лодки для своего спасения, попав даже в самое безвыходное положение. Отличное знание устройств и оборудования подводного корабля, ясное представление о физических процессах, происходящих при погружении и всплытии, мужество и настойчивость экипажа - вот от чего во многом зависит успех спасения. Но все же одних самоотверженных усилий подводников часто бывает недостаточно. Необходима еще помощь со стороны спасательных и судоподъемных судов.