Физика в бою - [26]

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.

Развитие теории проектирования подводных лодок связано с анализом напряженного состояния цилиндрических и конических оболочек, подкрепленных кольцевыми ребрами-шпангоутами. Если обшивка воспринимает основную часть нагрузки, т. е. обеспечивает прочность, то шпангоуты увеличивают жесткость оболочки, создают ее устойчивость. Повышают устойчивость прочного корпуса и поперечные межотсечные переборки, устанавливаемые для непотопляемости.

Когда подводная лодка идет в глубину, с ростом глубины увеличивается давление на цилиндрический прочный корпус и трубопроводы забортной воды, охлаждающей различные агрегаты и механизмы. На современном этапе развития подводных лодок наиболее слабым местом считают трубопроводы.

Вот к каким выводам о возможных причинах гибели «Трешера» пришла специальная комиссия, несколько месяцев занимавшаяся этим вопросом. Вблизи предельной глубины погружения (400–500 м) в кормовом машинном отсеке разорвало один из трубопроводов. Вода под давлением в несколько десятков атмосфер (струя воды под таким давлением способна разрушать твердые породы грунта) начала поступать в отсек. Затопление отсека и короткие замыкания оборудования еще до его полного затопления повлекли за собой выход из Строя энергетической установки лодки. Это привело к потере ею хода. Лодка проваливалась все глубже, и на расчетной глубине погружения между шпангоутами появились сначала вмятины, затем отсеки начало коробить, и, наконец, вода через трещины хлынула во все отсеки и затопила их.

В качестве материала прочных корпусов современных боевых подводных лодок используется высокопрочная сталь с пределом текучести 70 кг/мм². Это означает, что по прочностным качествам такая сталь приблизительно в два раза превосходит сталь, используемую в общем машиностроении. В настоящее время за рубежом признано, что дальнейший рост глубин погружения подводных лодок может быть обеспечен либо за счет утяжеления прочного корпуса, либо за счет дальнейшего повышения механических характеристик сталей, или посредством использования других высокопрочных материалов.

На современных подводных лодках на долю корпусных конструкций приходится около 40 % весового водоизмещения, причем на долю прочного корпуса — около 20 % веса лодки. В первом приближении можно считать, что при неизменном материале утяжеление прочного корпуса прямо пропорционально увеличению глубины погружения подводной лодки. Иностранные специалисты считают, что дальнейший рост глубин погружения лодок может быть обеспечен за счет увеличения толщины конструкционных элементов прочного корпуса.

Такой путь использован американскими специалистами при конструировании экспериментальной глубоководной подводной лодки «Дельфин» (рис. 14), строительство которой заканчивается на военно-морской верфи в Портсмуте. «Дельфин» — это подводная лодка, предназначенная для решения проблем, связанных со строительством атомных подводных лодок с увеличенными глубинами погружения.