Aceasta este a treia parte a seriei despre proiectarea submarinelor. Vă rugăm să le citiți primele două aici – Introducere în designul submarinelor și Înțelegerea designului submarinului.

Chiar dacă unele dintre rezervoarele folosite pe un submarin sunt similare cu cele folosite pe navele de suprafață, cele mai multe dintre ele sunt diferite și unice pentru natura funcționării unui submarin, ceea ce face ca acesta să fie un aspect important care trebuie studiat în detaliu.

Pentru o scurtă privire, știați de ce un submarin folosește un sistem de patru rezervoare doar în procesul de lansare a unei torpile?

Vom analiza mai întâi planul tancurilor unui submarin diesel electric și, pe măsură ce ne vom familiariza cu terminologia acestora, vom studia funcțiile lor, motivul din spatele amplasării lor și alte aspecte de proiectare legate de acestea.

Planul tancurilor unui submarin:

Împreună cu desenul de amenajare generală, planul tancurilor este pregătit pentru a localiza poziția fiecărui tanc. Numele acestora, împreună cu fluidul care urmează să fie transportat în ele, este specificat chiar în planul rezervorului. Capacitatea fiecărui rezervor este listată pe un document separat numit plan de capacitate a rezervorului.

În figura următoare este prezentat planul rezervorului unui submarin diesel-electric cu cocă dublă.

Am studiat despre scopul și funcționarea tancurilor de balast în detaliu în articolul despre stabilitatea submarinelor, prin urmare, acest subiect va fi sărit în acest articol.

Tanc de compensare:

Îți amintești că am discutat despre modul în care, atunci când un submarin are o flotabilitate pozitivă sau negativă, acesta ia măsuri pentru a menține o stare de flotabilitate neutră prin ajustarea greutății sale? Acest lucru se realizează cu ajutorul unui rezervor de compensare, o componentă neobișnuită pentru conceptele tradiționale de proiectare a navelor.

Cisternele de compensare sunt amplasate la sau în imediata vecinătate a centrului de greutate longitudinal al submarinului (vezi figura 1). De ce? Deoarece, orice modificare a greutății cauzată la o distanță semnificativă față de centrul de greutate longitudinal ar crea un moment de compensare, care nu este dorit, deoarece submarinul trebuie doar să își ajusteze greutatea. Acesta este situat în interiorul corpului rezistent la presiune și preia apă sau pompează apă în mare, în funcție de situația care trebuie abordată.

Cisterna de compensare poate fi golită de o pompă sau de aer de înaltă presiune (în cazul funcționării cu zgomot redus), dar pentru ca aerul de înaltă presiune să fie o opțiune fezabilă, structura rezervorului trebuie să fie rezistentă la presiune în așa măsură încât să poată suporta o presiune internă mai mare decât presiunea externă.

Cu ajutorul rezervoarelor de compensare se compensează următoarele modificări ale echilibrului de greutate și flotabilitate:

• Când un submarin se scufundă la adâncimi mai mari, intră în ape care au o densitate diferită față de cea de la suprafață. Densitatea specifică a apei de mare crește de obicei de la 1,008 la 1,028 odată cu adâncimea. Deoarece densitatea este direct proporțională cu flotabilitatea, flotabilitatea crește, ceea ce face ca submarinul să aibă o flotabilitate pozitivă. Pentru a obține o flotabilitate neutră, rezervorul de compensare ia apă din mare până când greutatea anulează flotabilitatea.

• Diferențele de greutate sunt cauzate de consumul de provizii, cum ar fi proviziile, păcura, apa dulce, uleiul de lubrifiere și alte provizii solide. În rezervor se introduce apă pentru a compensa acest efect. Un lucru interesant se întâmplă în cazul consumului de păcură. La submarine, pe măsură ce se consumă păcura, volumul liber din rezervorul de păcură se umple automat cu apă de mare, astfel încât păcura plutește întotdeauna pe apa de mare. Acest lucru se face pentru a preveni efectele de suprafață liberă. Dar, deoarece apa ocupă volumul de combustibil consumat, greutatea submarinului crește din această cauză. Rezervorul de compensare este, de asemenea, utilizat pentru a compensa această modificare a greutății.

• La adâncimi mai mari, presiunea externă ridicată duce la comprimarea corpului sub presiune. Acest lucru reduce volumul rezistent la presiune al submarinului, ceea ce reduce flotabilitatea acestuia. Flotabilitatea pierdută este compensată prin eliberarea de apă din rezervorul de compensare. De obicei, pentru submarinele care au adâncimea maximă de scufundare între 200 și 350 de metri, volumul disponibil în acest scop în rezervorul de compensare variază între 0,3 și 0,4 la sută din volumul total al corpului sub presiune.

Un proiectant de submarine ia în considerare două condiții speciale de încărcare la frontieră pentru a estima capacitatea rezervorului de compensare pentru un anumit proiect. Condițiile de încărcare sunt enumerate mai jos:

Cazul de încărcare 1: La sfârșitul unei croaziere foarte lungi și lente în apă de mare cu densitate maximă. La sfârșitul unei croaziere foarte lungi și lente, toate consumabilele, cum ar fi apa dulce, proviziile, alimentele, sunt epuizate, dar a rămas o cantitate relativ suficientă de motorină. Nava navighează în apă de mare cu densitate maximă, ceea ce înseamnă că flotabilitatea este mai mare. Ambele condiții împreună necesită ca rezervorul de compensare să fie umplut la capacitatea sa maximă.

Cazul de încărcare 2: La sfârșitul unei croaziere foarte scurte și rapide în apă de mare cu densitate minimă. În această condiție, consumabilele au fost parțial epuizate, iar motorina este complet consumată. Deoarece densitatea apei de mare este minimă, flotabilitatea este minimă. Într-un astfel de caz, apa necesară în rezervorul de compensare ar fi minimă.

În cazul real, când un submarin își începe croaziera, volumul de apă din rezervorul de compensare este undeva între cele corespunzătoare celor două cazuri limită. S-a observat, prin studii parametrice, că rezervoarele de compensare au de obicei un volum de 2,5 până la 3 la sută din volumul total de rezistență la presiune al submarinului. Aceste date sunt, de asemenea, utilizate de proiectanți în etapele preliminare de proiectare.

Cisterne de compensare:

Cisternele de compensare sunt utilizate pentru a menține centrul de greutate longitudinal chiar sub centrul de flotabilitate, astfel încât submarinul să poată fi manevrat până la o stare de compensare neutră. Aceste rezervoare sunt de dimensiuni egale și sunt amplasate în interiorul corpului sub presiune și cât mai mult posibil în față și în spate, astfel încât momentul de asietă provocat de acestea să fie maximizat (a se observa rezervoarele de asietă din figura 1). Sistemul de rezervoare de asietaj este format din două perechi de rezervoare, o pereche la prova (babord și tribord), iar cealaltă la pupa (babord și tribord).

Aceste rezervoare sunt interconectate prin conducte numite linii de asietaj, iar lichidul utilizat se numește apă de asietaj. Apa de asietaj circulă între cele din față și cele din spate în funcție de starea de asietaj necesară. Circulația se realizează fie cu ajutorul unor pompe, fie cu ajutorul aerului de joasă presiune.

Dimensiunile rezervorului de asietaj se estimează folosind condițiile de frontieră care determină cazurile de sarcină și condițiile de asietaj și analizându-le cu metoda similară cu cea a rezervoarelor de compensare. Efectele de compensare datorate deplasării greutății în timpul tragerii torpilelor sunt, de asemenea, luate în considerare. În scopuri empirice, volumul de apă de reglaj necesar este de 0,5% din volumul corpului sub presiune.

O utilizare suplimentară a rezervoarelor de reglaj este reprezentată de proprietățile sale multifuncționale, acestea putând fi utilizate atât ca rezervor de reglaj, cât și ca rezervor de compensare. În astfel de modele, rezervoarele de compensare sunt prevăzute cu orificii de inundare. Dacă, să zicem, este necesar un reglaj în față, atunci rezervorul de compensare din față este umplut, iar rezervoarele din spate sunt golite. În cazul în care submarinul trebuie să își reducă greutatea fără nicio modificare a reglării, atunci ambele perechi de rezervoare sunt golite până la cantitatea necesară. Acest sistem oferă avantaje suplimentare în ceea ce privește alocarea spațiului, deoarece submarinele sunt foarte restrictive din punct de vedere al spațiului.

Cisternele negative sau rezervoarele de scufundare rapidă:

Aceste rezervoare sunt folosite ca mijloace auxiliare de scufundare în valuri. Atunci când un submarin se scufundă în valuri, flotabilitatea suplimentară datorată acțiunii valurilor îl împiedică să se scufunde rapid și îi îngreunează capacitatea de a se scufunda la o adâncime mai mare. Pe măsură ce depresiunile valurilor trec peste submarin, părțile libere de inundare de la cele mai înalte niveluri ale punții (la vela și la puntea superioară) rămân parțial inundate, ceea ce duce la imposibilitatea de a se scufunda.

Pentru a combate acest efect, se prevede un rezervor cu orificii de inundare la un nivel scăzut, chiar în fața centrului de greutate al submarinului. Nu poziția sa din figura 1. Inundarea acestui rezervor nu numai că ar adăuga flotabilitate negativă (sau s-ar adăuga la greutate), dar, datorită poziției sale longitudinale în raport cu centrul de greutate, acesta ajustează și prova și ajută la scufundarea rapidă. Din acest motiv, ele sunt denumite și rezervoare de scufundare rapidă. Odată ce submarinul s-a scufundat și toate zonele libere de inundare sunt umplute cu apă, rezervorul negativ este golit rapid cu ajutorul aerului comprimat.

Cisternele pentru torpile:

Torpilele sunt lansate din tuburile torpilelor care sunt amplasate în secțiunea din față a unui submarin. Greutatea fiecărei torpile, în general, este de aproximativ 4 până la 5 tone. Prin urmare, odată ce o torpilă este lansată, pierderea unei greutăți semnificative dintr-o poziție îndepărtată de centrul de greutate al submarinului provoacă un moment de ajustare, care, dacă nu este prevenit, ar împiedica capacitatea de menținere a cursului submarinului. Tragerea unei torpile de pe un submarin implică o secvență de pași pentru a preveni cele de mai sus.

Tubul torpilă este o structură cilindrică rezistentă la presiune care are o ușă în față (Muzzle door) și una în spate (Breech door). Un submarin are, de obicei, mai multe tuburi torpilă și poate lansa mai multe torpile simultan. Aproximativ o treime din lungimea unui tub torpilă se află în interiorul corpului de presiune, iar restul este situat în afara corpului de presiune, în regiunea liberă inundată care duce la punctul cel mai din față al corpului exterior, unde se află ușa frontală. Porțiunea tubului din regiunea liberă inundată este supusă presiunii exterioare și este rigidizată în exterior pentru a fi protejată împotriva îndoirii.

Prima etapă: În primul rând, se deschide ușa din spate și torpila este încărcată în tub. Odată ce ușa din spate este închisă, apa din Weapon Round Tank (WRT) este admisă în spațiul dintre torpilă și pereții interiori ai tubului. Volumul WRT este suficient pentru a furniza suficientă apă pentru lansarea tuturor torpilelor, fără a fi necesară o reumplere. Amplasarea WRT-urilor este întotdeauna chiar deasupra sau sub tuburile torpilelor. De ce? Dacă WRT-urile ar fi fost amplasate longitudinal, departe de tuburile torpilelor, deplasarea apei din WRT către tuburile torpilelor ar fi cauzat momente nedorite de asanare, determinând submarinul să se ascută prin prova.

Etapa a doua: Ușa din față se deschide întotdeauna în direcția exterioară, dar nu poate fi deschisă în această etapă, deoarece la adâncimi mari presiunea exterioară este mai mare decât cea interioară. Prin urmare, apa din interiorul tubului torpilei este presurizată astfel încât presiunea internă și cea externă să se egalizeze. Odată ce acest lucru este realizat, ușa frontală este deschisă hidraulic, iar torpila este lansată.

Etapa a treia: Odată ce torpila este lansată, spațiul din interiorul tubului torpilei care era ocupat de torpilă este automat ocupat de apa de mare care se revarsă înăuntru.

Pasul patru: Deși volumul torpilei din interiorul tubului torpilei este ocupat de apa de mare, greutatea apei de mare este mai mică decât cea a torpilei. Pentru a preveni un moment de împroșcare, trebuie să se introducă apă suplimentară pentru a compensa diferența de greutate. Această cantitate suplimentară de apă este preluată într-un alt rezervor numit Air Inboard Vent (AIV), care este situat chiar sub sau deasupra tuburilor torpilei.

Pasul 5: Acum, pentru a reîncărca o altă torpilă în același tub, mai întâi se închide ușa din față a tubului, în timp ce tubul este inundat. Apa din tub este mai întâi drenată într-un alt rezervor numit Torpedo Operating Tank (TOT), iar apoi se introduce o altă torpilă în tubul uscat. TOT este amplasat astfel încât să împiedice orice deplasare longitudinală a greutății. Volumul TOT este suficient pentru a transporta toată apa necesară pentru a fi drenată din tubul torpilei în cazul în care toate torpilele sunt lansate.

Tancuri de zbor:

Cum și când submarinul se scufundă sau se ridică, capacitatea sa de menținere a adâncimii este pusă la încercare din cauza schimbărilor de densitate și a efectelor de compresibilitate care rezultă. În multe operațiuni invizibile, submarinele navale trebuie să plutească la o adâncime fixă în staționare. În acest caz, este necesară o echilibrare constantă a ecuației greutate-portanță. Acest echilibru poate fi realizat printr-un sistem controlat de senzori dedicat unui rezervor special în care apa poate fi absorbită atunci când submarinul se ridică, iar apa din același rezervor poate fi pompată atunci când submarinul se scufundă. Acest schimb de apă este rapid și este necesar să fie efectuat în mod continuu. Prin urmare, în acest scop se folosește un rezervor special numit „rezervor de plutire”, situat în afara corpului sub presiune. Motivul pentru care este amplasat în corpul exterior al navei (spre deosebire de un rezervor de compensare, care se află în interiorul corpului sub presiune) este acela de a menține conținutul său la presiunea ambiantă a mării, astfel încât să fie posibilă intrarea și ieșirea continuă de apă.

Cu toate acestea, în cazurile în care submarinul urmează să fie proiectat să plutească în apropierea suprafeței, sistemul de plutire trebuie să fie mai robust pentru a compensa efectele destabilizatoare ale acțiunii valurilor.

Celelalte tipuri de rezervoare utilizate la un submarin sunt rezervoarele de combustibil, rezervoarele de ulei de lubrifiere, rezervoarele de ulei de nămol, rezervoarele de santină și rezervoarele de apă dulce. Acestea nu au fost discutate aici, deoarece funcționarea și scopul lor sunt similare cu cele ale navelor de suprafață. Cu toate acestea, este important ca un proiectant să efectueze studii parametrice ale capacităților rezervoarelor diferitelor modele existente înainte de a ajunge la o estimare parametrică pentru capacitatea și planul rezervoarelor unui nou model.

Disclaimer: Opiniile autorilor exprimate în acest articol nu reflectă neapărat punctul de vedere al Marine Insight. Datele și diagramele, în cazul în care au fost utilizate, din articol provin din informații disponibile și nu au fost autentificate de nicio autoritate legală. Autorul și Marine Insight nu pretind că acestea sunt exacte și nici nu își asumă vreo responsabilitate pentru acestea. Punctele de vedere constituie doar opiniile și nu constituie nicio îndrumare sau recomandare cu privire la vreun curs de acțiune care să fie urmat de către cititor.

Articolul sau imaginile nu pot fi reproduse, copiate, partajate sau utilizate sub nicio formă fără permisiunea autorului și a Marine Insight.