Физика в бою - В. Жуков

Объем его корпуса уменьшается по сравнению с гидросамолетом в 4 раза. А ведь в таком маленьком корпусе нужно разместить не только всю авиационную «начинку», но и оборудование сверхмалой подводной лодки: ее энергетическую установку, запасы энергии для подводного плавания, торпеды, мины или другое оружие весом до 700 кг. При всем этом хотя бы 30 % объема корпуса надо оставить для цистерн главного балласта, без которых нельзя погрузиться и всплыть.

В ходе проектирования возникают и другие проблемы. Как уже говорилось, в район выполнения боевой задачи сабплан полетит на одном фюзеляжном двигателе. Так как единица объема машины будет иметь значительный вес, этот двигатель должен быть небольшим, легким и достаточно мощным. В то же время сабплан должен обладать развитыми крыльями с большой подъемной силой. Тогда его взлетно-посадочная скорость будет небольшой, он сможет взлетать и садиться при значительных волнах.

Во время полета в заданный район сабплан израсходует примерно половину горючего, которое, как предполагают, разместится в цистернах главного балласта. Перед посадкой на воду машину надо подготовить к подводному плаванию. К этому моменту горючее в балластных цистернах должно быть или израсходовано или удалено, а другие переменные грузы размещены так, чтобы центр тяжести сабплана находился на одной вертикали и несколько ниже центра его водонепроницаемого объема.

Как же будет осуществляться плавание под водой? Для этого в кормовой части будет установлен гребной винт, приводимый в движение электромотором или парогазовой турбиной. Так как скорость подводного хода сабплана сравнительно невелика, сопротивление крыльев, очевидно, не будет очень большим. Однако на управляемость сабплана крылья окажут большое влияние.

Для плавания подводной лодки с нулевой плавучестью под водой крылья не нужны. Кстати, и наличие их практически не скажется на устойчивости движения лодки. Маневренные же характеристики крылатой подводной лодки в вертикальной плоскости даже улучшаются.

При погружении сабплана через каждые 10 метров давление на него будет возрастать на одну атмосферу. Значит, при глубине погружения 25–50 м корпус должен быть рассчитан на давление в 5—10 атм. С такими давлениями авиационным конструкторам обычно не приходится иметь дело. Следовательно, корпус сабплана должен быть построен не только по правилам строительной механики самолета, но и по законам строительной механики подводной лодки.

Выполнять боевую задачу под водой невозможно без современного гидроакустического оборудования, да и без обыкновенного перископа. Понятно, что без совмещения ряда функций приборов и органов управления, обеспечивающих полет и плавание сабплана, будет невозможно втиснуть всю аппаратуру в корпус машины. Совмещение потребуется и при обеспечении аварийно-спасательными средствами экипажа самолета на случай аварии под водой и в воздухе.

После выполнения боевой задачи сабплан должен выйти под водой из опасной зоны, всплыть к поверхности и взлететь с помощью двух крыльевых двигателей. Взлет — наиболее трудная проблема. Уже говорилось, что запас плавучести сабплана не может быть выше примерно 15–30 %. Поэтому при взлете крыльевые двигатели должны буквально вырвать машину из воды. Для этого, очевидно, будут использоваться рули высоты и закрылки, причем не только в воздухе, но и в воде.

Какова же будущность сабплана? Сейчас трудно утверждать что-либо определенное. Военные специалисты США считают, что «концепция целесообразна и осуществима». Современная техника может решить практически любую задачу. Вопрос, очевидно, будет заключаться в том, насколько такое специфическое боевое средство необходимо и насколько оно будет эффективнее обычного противолодочного гидросамолета и сверх-малой подводной лодки.

Надо сказать — и это подтверждают сами зарубежные специалисты, — что не всем из приведенных выше проектов суждено сбыться. Время, новые научные открытия могут также внести свои коррективы. Мы привели эти примеры лишь для того, чтобы проиллюстрировать мысль, к каким неожиданным поворотам в развитии техники, и в частности военной, может привести расширение границ применения тех или иных хорошо известных законов физики.

Теперь давайте обратимся к более близким по времени вопросам. Ведь использование разнообразных физических закономерностей играет важную роль и в совершенствовании обычных, традиционных форм подводных лодок. Чтобы убедиться в этом, любопытно рассмотреть одну очень важную проблему — пути увеличения глубины погружения подводных кораблей.

Пытливые умы человечества давно стремились проникнуть в глубины вод и за пределы атмосферы. Последние десятилетия были свидетелями штурма человеком, и в первую очередь советским, стратосферы, а затем и космоса. В то же время освоение гидросферы, начатое несколько столетий назад, двигается относительно медленно.

Хотя люди и научились создавать аппараты с глубинами погружения до нескольких тысяч метров, их пока единицы, и обладают они весьма ограниченными возможностями для изучения, а тем более освоения глубин океана. А ведь 70 % поверхности нашей земли покрыто океанами и морями. Значит, под водой скрыто по меньшей мере 2/3 богатств недр земли, не говоря уже о неисчерпаемых богатствах самих океанов и морей.

Большое значение в современных условиях имеют морские глубины для ведения войны на море. Известно, какое развитие получили в первую и вторую мировые войны подводные лодки. И на всех этапах существования подводного кораблестроения шла борьба за то, чтобы лодки могли действовать на все большей глубине. Так же, как большая высота полета самолетов при прочих равных условиях повышает их неуязвимость и боевые возможности в воздушном бою, большие глубины погружения подводных лодок улучшают их тактико-технические показатели — скрытность действий, маневренность, взрывостойкость, возможность уклонения от противолодочного оружия.

Сейчас, когда важнейшее боевое значение приобрели атомные подводные корабли, борьба за большие глубины плавания не только не ослабла, но усилилась.

Однако путь в глубину труден. Ведь при погружении на каждые 10 м гидростатическое давление возрастает на 1 атм. Это значит, что на глубине 100 м на каждый квадратный сантиметр поверхности прочного корпуса лодки действует давление 10 кг, на глубине 1 тыс. м — 100 кг и т. д.

Первой крупной жертвой на пути к большим глубинам атомных подводных кораблей стала новейшая американская подводная лодка «Трешер» с экипажем в 129 человек. Катастрофа произошла 10 апреля 1963 г. в Атлантическом океане во время глубоководного погружения.

В практике подводного кораблестроения используются следующие понятия глубин погружения: рабочая, предельная и расчетная (разрушающая). Отношение расчетной глубины к рабочей называется коэффициентом безопасности. Зарубежные специалисты принимают его равным 1,5–2. Рабочая глубина погружения подводных лодок периода второй мировой войны колебалась в пределах 100–150 м. У американских атомных подводных лодок постройки прошлого десятилетия она достигла 200–250 м, а у построенных в последние годы увеличена до 350–400 м.

Дальнейший рост глубины погружения зависит в первую очередь от возможности повышения прочности корпуса. Чтобы представить, какие громадные внешние силы давят на прочный корпус современной подводной лодки, достаточно произвести элементарный расчет. На каждый квадратный метр поверхности прочного корпуса на глубине 400 м действует сила в 400 т. При водоизмещении подводной лодки 4 тыс. т — 7 тыс. т площадь обшивки прочного корпуса исчисляется 2000–3500 м2, и следовательно, внешняя нагрузка на него на глубине 400 м достигает 800—1400 тыс. т!

Напомним, что на современной подводной лодке имеется два корпуса: прочный и легкий. В прочном корпусе размещается внутреннее оборудование, экипаж, а легкий образуют балластные цистерны погружения и всплытия.

Известно, что максимальная глубина Мирового океана— 11 тыс. м, но в океанах и морях имеется много мелководных районов. Какой должна быть глубина погружения будущих боевых подводных лодок? На этот вопрос можно ответить, если проанализировать распределение глубин по площади Мирового океана. Такой анализ показывает, что подводная лодка с глубиной погружения 5500 м может достичь дна на 90 % площади океанов и морей, а с глубиной погружения 4600 м — на 60 % площади.

Какова же должна быть конструкция прочных корпусов современных подводных лодок, чтобы выдержать на столь больших глубинах огромное давление? Наиболее оптимальная форма оболочки, рассчитанная на большое наружное давление, — сферическая, но она используется лишь при конструировании глубоководных батискафов. Корпуса же подводных лодок, для которых высокая скорость не менее важна, чем большая глубина погружения, делают, как известно, сигарообразными.