ОРУЖИЕ ОТЕЧЕСТВА, WEAPONS OF THE FATHERLAND. ИНФОРМАЦИОННЫЙ РЕСУРС ПО ОРУЖИЮ И ВОЕННОЙ ТЕХНИКЕ. INFORMATION RESOURCE ON WEAPONS AND MILITARY EQUIPMENT

ОРУЖИЕ ОТЕЧЕСТВА, WEAPONS OF THE FATHERLAND. ИНФОРМАЦИОННЫЙ РЕСУРС ПО ОРУЖИЮ И ВОЕННОЙ ТЕХНИКЕ. INFORMATION RESOURCE ON WEAPONS AND MILITARY EQUIPMENT

ОПЫТНЫЙ ПОДВОДНЫЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД М-2 M-2 PROTOTYPE UNDERWATER ROCKET LAUNCHER Реактивный подводный снаряд М-2 создавался в НИИ-1 МОП с 1948 года для поражения надводных кораблей противника с подводной лодки. Идея создания подводного лодки с ракетным оружием появилась у доктора Э.Штейнхоф, занимавший один из постов в руководстве на полигоне в Пенемюнде. Для проведения эксперимента была использована ПЛ, которой командовал его брат – Ф.Штейнхоф. В Свинемюнде летом 1942 года лодку дооборудовали шестью пусковыми установками для пуска пороховых ракет, устанавливалась шестиствольная пусковая установка конструкции Дорнберга и названная поэтому «дорнбергерверфер» («до-верфер»). Перезарядить установку можно было только в надводном положении. Для опытов были выбраны два тина ракет – WGr kal 28 cm Wz 40 и WGr kal 21 cm Wz 42 . Турбореакгивный снаряд WGr kal 28 cm к тому времени широко применялся в Вермахте, хотя его карьера уже катилась к закату. Он состоял из фугасной боевой части калибром 280 мм и ракетного двигателя твердого топлива диаметром примерно 160 мм. Стабилизация снаряда осуществлялась вращением, для чего двигатель имел сопловой блок со скошенными соплами. Стартовый вес снаряда составлял 82 кг, а дальность стрельбы – на воздухе – 2200 м. Для опытов на палубе подводной лодки установили четыре стандартные пусковые установки под углом в 45° к вертикали, перпендикулярно к продольной оси корабля. Такая ориентация ПУ определялась, по-видимому, опасением повредить обшивку подводной лодки пороховыми газами в момент старта снаряда. Другим снарядом для «подводной стрельбы» была выбрана только что принятая на вооружение Вермахта фугасная фаната WGr kal 21 cm Wz 42. Этот снаряд имел совершенную аэродинамическую форму и был выполнен в одном калибре – 210 мм, вес снаряда составлял 112,6 кг, дальность стрельбы ( на воздухе) – 7850 м. Стабилизация снаряда так – же осуществлялась вращением. Шесть стандартных пусковых установок в виде труб устанавливались на палубе ПЛ, аналогично предыдущему случаю. Для использования ракет в море они подвергались некоторым доработкам, главная из которых заключалась в герметизации корпуса двигателя, чтобы предотвратить поступление воды к топливному заряду. В 1942 году в Германии, в районе ракетной базы в Пенемюнде, экспериментально проверялась идея пуска ракет из-под воды. При испытаниях использовались неуправляемые пороховые ракеты армейского образца – 30 cm Wurfkorpe 42 Spreng, а в последующих экспериментах – Schveres Wurfgeraet 41. Пороховая ракета весом 125 кг стартовала с глубины 10-15 метров на дальность 8 км с подводной лодки «U-511» IXC-серии. Пуски прошли успешно. Эксперименты по запуску ракет с 12-метровой глубины показали, что ракетный двигатель хорошо работает в воде. Подводная ракета, по сравнению с торпедой, имеет значительно большую скорость хода, поэтому на нес меньше влияют различные возмущения, а у цели не останется времени для проведения маневра уклонения. Все это должно было увеличить шансы поразить цель. Но ракета имела один существенный, по сравнению с торпедой, недостаток . Дело в том, что при торпедной стрельбе командир наводит аппарат только по азимуту, а заданную глубину хода выдерживает установленный на торпеде автомат глубины. Установить на ракете подобный прибор весьма сложно, поэтому при стрельбе придется наводить оружие как по азимуту, так и по углу места. Применять ракеты предполагалось совместно с торпедами, при этом тактика проведения атаки практически не изменялась. Подводная лодка выходила на цель и атаковала се торпедами. Затем, уходя от преследования, подныривала под нее. В этот момент возможна повторная атака цели ракетами из пусковых установок, смонтированных вертикально. Для реализации такой схемы боевого применения был предложен реактивный снаряд для подводной стрельбы, обозначенный как « калибр 165 мм». «Калибр 165» имел ряд особенностей, отличающих его от наземных собратьев. Так топливный заряд имел внутренний канал малого диаметра, что говорит о том, что двигатель имел сравнительно небольшую тягу, при возросшем времени работы. Поэтому подводный снаряд весь путь до цели проходил с работающим двигателем, что естественно, ведь подводная ракета (в отличие от наземных сестер) не могла долго двигаться по инерции -сопротивление воды на много больше, чем у воздуха. Обращает на себя внимание малая степень расширения сопла, что связано с тем, что истечение происходит в воду, давление в которой довольно велико. Для стабилизации использовали гидродинамические поверхности – раскручивать снаряд в воде сочли не выгодным. Информация о подводных пусках ракет в Пенемюнде была воспринята военно-морским командованием Германии без всякого энтузиазма, и эксперимент дальнейшего развития не получил. Исследования и анализ опыта войны принесли свои результаты практически во всех областях военной науки. Переосмыслению подверглись многие виды и типы оружия и вооружения. После завершения Великой Отечественной войны советские ученые и конструкторы, как американцы и англичане, стали внедрять немецкий опыт. Это коснулось и неуправляемого ракетного оружия. Уже после войны в 1949г. на ПЛ Щ-132 прошло испытания, разрабатывавшееся с 1941г. в ЦКБ-18 устройства БСПК (борьба с преследующими кораблями) выбрасывавшее через ТА малые плавающие мины ПЛТ-4 , имевшие время плавания до 1,5 суток на глубине 1-2м. Но на новых лодках это устройство востребовано не было. Вскоре аналогичную задачу решили другим способом. Уже с 1948 года в НИИ-1 Миноборонпрома по заданию ВМФ были развернуты работы по реактивному подводному снаряду М-2 для поражения надводных кораблей противника с подводной лодки. Первоначально вся траектория его движения проходила под водой. Калибр снаряда был 162 мм, вес 75-85 кг. Боевая часть составляла 5 кг. При глубине старта в 60-80 м дальность подводного хода была в 250-300 м. Для попадания в цел необходимо было произвести залп ракет М-2. В процессе дальнейшего проектирования снаряд стал создаваться только для поражения противолодочных кораблей, преследующих ПЛ. Разработка ракеты М-2 была официально задана Постановлением СМ от 19 сентября 1953 года № 2419-1022. Стрельба предполагалась с погруженной на глубину до 60 метров подводной лодки. Для отработки схемы построения изделия было создано несколько вариантов снаряда М-2. Но по различным организационным и производственным причинам план испытаний на 1954 год не был выполнен. Их отработка и испытания проходили на морском полигоне под Феодосией с IV квартала 1955 года сначала из аппаратов со дна моря, затем с переоборудованной подводной лодки. Из-за недостаточной дальности стрельбы снарядов М-2 при полностью подводном ходе, конструкторами было предложено использовать для самообороны ПЛ от кораблей ПЛО реактивные снаряды с воздушным участком траектории. Но вскоре случилось следующее. При проведении испытаний системы М-2 одним из офицеров корабля обеспечения было «выражено» (он послал письмо в ЦК КПСС) замечание о нецелесообразности продолжения работ по этой ракете с имеющимися на тот момент характеристикам. Основное замечание касалось дальности действия М-2, она была на много меньше, чем дальность поражения оружия противолодочных кораблей потенциального противника. В основном упор делался на штатные бомбометы, при этом о перспективном вооружении и речи не было – его дальности поражения еще больше возрастали. Руководство советского государства потребовало разобраться в этом вопросе, и разгорелся большой скандал. Руководству ВМФ, его научно-исследовательским организациям пришлось оправдываться. Поэтому вскоре ввиду бесперспективности работа по М-2 была закрыта. ХАРАКТЕРИСТИКИ Разработчик НИИ-1МОП Тип ракеты подводная противокорабельная Состояние испытания в 1954-1955 года ПЛ- носители дизельные Тип подводная ракета Калибр, мм 162 Вес, кг 75-85 Боевая часть: — тип фугасна — вес ВВ, кг 5 Дальность подводного хода, м 250-300 Траектория движения прямоходная Глубина старта, м 60-80 Двигатель: — тип РДТТ — топливо твердое Источники: • А. В.Карпенко «Реактивные торпеды и подводные ракеты». ВТС «Бастион» • А.Карпенко «Подводные ракеты – национальное оружие России первая такая конструкция была предложена более 100 лет назад ученым Н.И. Тихомировым». «Военно-промышленный курьер» №7.2005г. • Архив ВМФ и промышленности • Первые ракеты для подводных лодок. Техника и вооружение 1999 07 РЕАКТИВНЫЕ ТОРПЕДЫ И ПОДВОДНЫЕ РАКЕТЫ МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕПЛОТЕХНИКИ (МИТ) ПОДВОДНЫЕ РАКЕТЫ МИННО-ТОРПЕДНОЕ, ПРОТИВОЛОДОЧНОЕ ВООРУЖЕНИЕ ВМФ КОРАБЛИ И ОРУЖИЕ ВМФ

Двигатель Вальтера | это… Что такое Двигатель Вальтера?

Генератор пара двигателя Вальтера

Двигатель Вальтера — тип двигателя, разработанного немецким инженером-изобретателем Гельмутом Вальтером.

Содержание 1 «Цикл Вальтера». Принцип работы двигателей Вальтера 2 Жидкостные реактивные двигатели Вальтера 3 Подводные лодки и торпеды с турбинами Вальтера 4 Двигатели Вальтера в СССР 5 Ссылки 6 Литература

«Цикл Вальтера».

Принцип работы двигателей Вальтера

Новизной двигателей Вальтера было использование в качестве энергоносителя и одновременно окислителя концентрированной перекиси водорода, разлагаемого с помощью различных катализаторов, главным из которых был перманганат натрия, калия или кальция. В сложных реакторах двигателей Вальтера в качестве катализатора применялось и чистое пористое серебро.

При разложении перекиси водорода на катализаторе выделяется большое количество теплоты, причём образующаяся в результате реакции разложения перекиси водорода вода превращается в пар, а в смеси с одновременно выделяющимся во время реакции атомарным кислородом образует так называемый «парогаз». Температура парогаза, в зависимости от степени начальной концентрации перекиси водорода, может достигать 700 С°—800 С°.

Концентрированная примерно до 80-85 % перекись водорода в разных немецких документах носила название «оксилин», «топливо Т» (T-stoff), «аурол», «пергидроль». Раствор катализатора имел название Z-stoff.

Топливо для двигателей Вальтера, состоявшее из T-stoff и Z-stoff, называлось однокомпонентным, поскольку катализатор не является компонентом.

В других типах двигателей Вальтера использовалось двухкомпонентное топливо, состоящее из T-stoff и, например, С-stoff (смесь 30 % гидразина, 57 % метанола, 13 % воды). Например, на такой смеси работал двигатель Walter HWK RI-203 (см. ниже).

Температура в камере сгорания двигателей, использовавших T-stoff и С-stoff или иные жидкие горючие (например метанол, нефть, декалин,) была значительно более высокой, чем температура паро-кислородного парогаза и достигала температур камеры сгорания ЖРД, использующих в качестве окислителя азотную кислоту или тетраоксид азота. КПД двигателей Вальтера с использованием выделяющегося при реакции разложения перекиси водорода кислорода путём сжигания в нём жидких органических топлив был значительно выше, чем КПД простой реакции разложения T-stoff на катализаторе.

В ЖРД двигателях Вальтера парогаз T-stoff и Z-stoff, образующийся в реакторе, которым являлась часто сама камера сгорания (разложения), создавал реактивную тягу, так же как и газы горения T-stoff и С-stoff. В некоторых типах двигателя Вальтера T-stoff не соединялся непосредственно с С-stoff, а сначала разлагался с помощью Z-stoff, и только затем горячий окислительный парогаз окислял различные С-stoff-горючие в камере сгорания.

В двигателях Вальтера ПГТУ образующийся в реакторе парогаз T-stoff и Z-stoff или T-stoff и С-stoff направлялся на рабочие лопатки турбины, где происходило преобразование химической энергии топлива в механическую энергию вращающегося вала, позволяющего передавать энергию, например, на двигательные винты подводной лодки или торпеды.

Более сложный цикл, необходимый для бесследных ПГТУ подводных лодок или торпед, включал в себя сжигание в T-stoff солярового масла, образующийся газ сгорания совершал работу в турбине и затем направлялся в конденсатор, где конденсировался в водяной пар, а углекислый газ сжижался и выбрасывался из подводной лодки при помощи барботирования через мелкие отверстия специального выпускного устройства. Устремляясь к поверхности воды, мелкие пузырьки углекислого газа растворялись в воде, чем и достигалась практическая бесследность подводной лодки.

В некоторых циклах Вальтера турбина не вращала винты через механический редуктор, а приводила в действие электрогенератор, который уже приводил в действие ходовые электромоторы подводной лодки, а кроме того при необходимости и мог заряжать аккумуляторы ПЛ.

Жидкостные реактивные двигатели Вальтера

В 1936 г. Немецкий авиационный институт заключил с Вальтером контракт на создание Вальтером жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) тягой 45 кгс, который позволял бы проводить его испытания и приборные измерения характеристик непосредственно в полёте на летающей лаборатории (самолёте). Такой ЖРД был создан и успешно испытан даже для набора высоты на небольших самолётах, что дало возможность считать, что подобные двигатели могут быть использованы в качестве вспомогательных ускорителей для старта тяжёлых бомбардировщиков. Получив помощь Министерства авиации, Вальтер начал конструировать более мощный ЖРД тягой уже 400 кгс, получивший обозначение HWK R I 203. Фирма «Хейнкель» начинает проектировать под новый двигатель Вальтера, названный Walter HWK RI-203, одноместный самолёт «He 176».

Серийно выпускались следующие двигатели Вальтера с управлением тягой, применявшиеся в немецкой военной технике совершенно различного назначения — от стартовых ускорителей до двигательных установок самолётов и «планирующих авиационных бомбо-ракет»:

Walter HWK 507 тяга 240—600 кгс. (двигатель первой в мире управляемой авиационной бомбы (УАБ) или противокорабельной ракеты «воздух-поверхность» Hs-293). По другим данным обозначение этого двигателя HWK 109-507, в соответствии с практикой германского Министерства авиации все секретные разработки ракетных двигателей начинались с индекса «109».

Walter HWK 507D тяга 1300 кгс. (двигатель первой в мире УАБ или управляемой противокорабельной ракеты «воздух-поверхность» Hs-294 для поражения корабля ниже ватерлинии). Двигатель управляемых противокорабельных ракет Hs-295 Hs-296 Hs-295D (телевизионное управление)

Walter HWK 573 тяга ??? кгс. (работающий под водой двигатель первой в мире управляемой противокорабельной ракеты «воздух-поверхность» GT 1200A для поражения корабля ниже ватерлинии. ). Планирующая торпеда (УАБ) GT 1200A имела подводную скорость 230 км/ч, являясь прототипом высокоскоростной торпеды СССР «Шквал».

Walter HWK-109 тяга 400 кгс. (двигатель DFS-40 прототипа Ме-163 «Комета»)

Walter HWK RII-203B тяга 750 кгс.

Walter HWK RI-203 тяга 950кгс. (первый двигатель Вальтера, прототип двигателя был ТР-2)

Walter HWK RII-211 ??? кгс.

Walter HWK 501 тяга 1200 кгс.

Walter HWK 502 (RI-210b) тяга 1500 кгс. (двигатель управляемой авиационной бомбы Bv 143 «Gleittorpedo»)

Walter HWK-109-509A тяга 1700 кгс. (двигатель Ме-163А «Комета»)

Walter HWK-109-509С, двухкамерный, тяга с вспомогательной камерой 2000 кгс. (двигатель Ме-163С «Комета»)

Walter HWK-109-509С1, двухкамерный, тяга с вспомогательной камерой более 2000 кгс. (двигатель Ba-349 «Гадюка»)

Walter HWK-109-509А2 тяга 2000 кгс.

Walter HWK-109-509В тяга 2000 кгс. (двигатель для сверхзвукового перехватчика «DFS-346» («Sibel-346») с проектной скоростью 2,6 М. На основе «Sibel-346» в СССР в ОКБ-2 были продолжены работы по достижению скорости звука «проект 346».

Walter HWK 109—729 ??? кгс. (двигатель-дублёр BMW 109—559 на ракете ЗУР Hs-117 Schmetterling «Бабочка»)

Walter HWK 109—739 ??? кгс. (двигатель ракеты ЗУР «Enzian» E-1)

Подводные лодки и торпеды с турбинами Вальтера

С 1943 г по 1944 г было построено три малых лодки серии XVII (или Wa 201) U-793; U-793; U-794 с подводным водоизмещением 312 т, имеющие ПГТУ Вальтера. Скорость этих подлодок под водой достигала 25 узлов, запас хода на дополнительных дизелях 1800 миль. 2 торпедных аппарата.

• Серия XVIIB подводных лодок с подводным водоизмещением 412 т, включала в себя U-1405; U-1406; U-1407; U-1408. В мае 1945 г, часть подводных лодок с ПГТУ Вальтера была затоплена немцами, а часть попала в руки англо-американцев, которые сведениями о захвате новейших быстроходных лодок с СССР не поделились.
  Восстановленная после затопления самим Вальтером подлодка U-1407, впоследствии вошла в состав ВМС Великобритании под названием HMS «METEORITE». Немного позже были построены собственные лодки «Эксплорер» и «Экскалибур» с парогразовыми турбинами. Опытная эксплуатация этих кораблей, как впрочем и кратковременная служба немецких прототипов XXVI серии сопровождалась постоянными пожарами и взрывами. Оценивая опыт их эксплуатации, один из британских подводников заметил, что ..»Лучшее, что можно сделать с перекисью водорода — это заинтересовать ею потенциальных противников!» (Густон Б. Субмарины в цветах. 1976)

Кроме подлодок с ПГТУ Вальтера, строившихся серийно, существовали опытные подводные лодки с ПГТУ, или подлодки, не вышедшие из стадии проектирования.

• Тип XVIII. Океанская версия, водоизмещение 1600 т, скорость под водой 24 узла. Проект одобрен лично Гитлером на совещании его с Дёницем и доктором Вальтером в сентябре 1942 г. Была начата постройка двух подводных лодок.

• Тип XXVI. Проект. Длина 58,8 м, водоизмещение 950 т, скорость под водой 22,5 узла, 12 торпедных аппаратов. 2 спаренных зенитных автомата калибра 30 мм.

• Тип XXVIВ. Проект. Длина 63 м, водоизмещение 1050 т, запас хода 8 тыс. миль на 10 узлах и 160 миль под водой на 4 узлах, или 130 миль под водой на 21,5 узле. 12 торпедных аппаратов. 2 спаренных зенитных автомата калибра 30 мм.

• Тип XXXVI. Проект. Длина 61,2 м, водоизмещение 1000 т, запас хода 7 тыс. миль на 10 узлах и 110 миль под водой на 22 узлах, 10 торпедных аппаратов.

Силовые установки Вальтера с парогазовой турбиной использовались также для приведения в движение морских торпед. С 1939 г по 1945 г, фирма Вальтера выпустила несколько типов опытных или мелкосерийных торпед общего индекса G7ut на перекиси водорода:

Торпеда Stein Barsh (Каменный окунь), калибр 533 мм, вес 1730 кг, вес БЧ 280 кг, мощность турбины 500 л.с., скорость 45 узлов, дальность хода 8 км, практически бесследная, серия в 100 шт.

Торпеда Stein Butte (Каменная камбала), серия в 100 шт.

Торпеда Stein Wal (Каменный кит) калибр 533 мм, вес 1801 кг, вес БЧ 300 кг, мощность турбины 500 л.с. скорость 45 узлов, дальность хода 22 км, практически бесследная, серия в 100 шт.

Торпеды с двигателями Вальтера были построены и в СССР.

Двигатели Вальтера в СССР

После войны на СССР выразил желание работать один из заместителей Гельмута Вальтера некий Франц Статецки. Статецки и группа «технической разведки» по вывозу из Германии военных технологий под руководством адмирала Л. А. Коршунова, нашли в Германии фирму «Брюнер-Канис-Рейдер», которая была смежником в изготовлении турбинных установок Вальтера.

Для копирования немецкой подводной лодки с силовой установкой Вальтера сначала в Германии, а затем в СССР под руководством А. А. Антипина было создано «бюро Антипина», организация, из которой стараниями главного конструктора подводных лодок (капитана I ранга) А. А. Антипина образовались ЛПМБ «Рубин» и СПМБ «Малахит».

Задачей бюро было копирование достижений немцев по новым подводным лодкам (дизельным, электрическим, парогазотурбинным), но основной задачей было повторение скоростей немецких подводных лодок с циклом Вальтера.

В результате проведённых работ удалось полностью восстановить документацию, изготовить (частично из немецких, частично из вновь изготовленных узлов) и испытать парогазотурбинную установку немецких лодок серии XXVI.

После этого было решено строить советскую подлодку с двигателем Вальтера. Тема разработки подлодок с ПГТУ Вальтера получила название проект 617.

Александр Тыклин, описывая биографию Антипина, писал:

…Это была первая подводная лодка СССР, перешагнувшая 18-узловую величину подводной скорости: в течение 6 часов её подводная скорость составляла более 20 узлов! Корпус обеспечивал увеличение глубины погружения вдвое, то есть до глубины 200 метров. Но главным достоинством новой подводной лодки была её энергетическая установка, явившаяся удивительным по тем временам новшеством. И не случайно было посещение этой лодки академиками И. В. Курчатовым и А. П. Александровым — готовясь к созданию атомных подводных лодок, они не могли не познакомиться с первой в СССР подводной лодкой, имевшей турбинную установку. Впоследствии, многие конструктивные решения были заимствованы при разработке атомных энергетических установок…

В 1951 году лодка проекта 617, названная С-99, была заложена в Ленинграде на заводе № 196. 21 апреля 1955 года, лодку вывели на государственные испытания, законченные 20 марта 1956 года. В результатах испытания указано: …На подводной лодке достигнута впервые скорость подводного хода в 20 узлов в течение 6 часов….

В 1956—1958 годах были спроектированы большие лодки проект 643 с надводным водоизмещением в 1865 т и уже с двумя ПГТУ Вальтера. Однако в связи с созданием эскизного проекта первых советских подлодок с атомными силовыми установками проект был закрыт. Но исследования ПГТУ лодки С-99 не прекратились, а были переведены в русло рассмотрения возможности применения двигателя Вальтера в разрабатываемой гигантской торпеде Т-15 с атомным зарядом, предложенной Сахаровым для уничтожения военно-морских баз и портов США. Т-15 должна была иметь длину в 24 м, дальность подводного хода до 40-50 миль, и нести термоядерную боеголовку, способную вызывать искусственное цунами для уничтожения прибрежных городов США.

После войны в СССР были доставлены торпеды с двигателями Вальтера, и НИИ-400 приступило к разработке отечественной дальноходной бесследной скоростной торпеды. В 1957 году были завершены государственные испытания торпед ДБТ. Торпеда ДБТ принята на вооружение в декабре 1957 года, под шифром 53-57. Торпеда 53-57 калибром 533 мм, имела вес около 2000 кг, скорость 45 узлов при дальности хода до 18 км. Боеголовка торпеды весила 306 кг.

Ссылки

Литература

• Черток Б. Е. Ракеты и люди. Т. 1. — М.: «Машиностроение», 1994.
• Дорнбергер В. ФАУ-2. — М.: «Центрполиграф», 2004.
• Широкорад А. Б. Тевтонский меч и русская броня. — М.: «Вече», 2004.
• Запольскис А. Реактивные самолеты люфтваффе. — Мн.: «Харвест», 1999.
• Козырев М. , Козырев В. Необычное оружие третьего рейха. — М.: «Центрполиграф», 2007.

Steam Fires Подводный реактивный двигатель

Автор Ben Crystall

Революционно новый паровой двигатель, описанный его изобретателями как «подводный реактивный двигатель», вскоре может привести в движение лодки и быстроходные катера более эффективно, чисто и безопасно, чем обычный подвесной мотор.

Подводный реактивный двигатель

Pursuit Marine Drive создает тягу, используя энергию пара высокого давления для всасывания воды через впускное отверстие в передней части и выброса ее на высокой скорости через заднюю часть. Пар с высокой скоростью выходит из обращенного назад кольцеобразного сопла в коническую камеру, где он смешивается с водой (см. рисунок). Ударные волны, возникающие при конденсации пара, фокусируются камерой и выбрасывают воду сзади.

Привод был изобретен австралийским инженером Аланом Бернсом и разработан в Великобритании инженерами Pursuit Dynamics в Ройстоне, Хартфордшир. На прошлой неделе New Scientist стал свидетелем того, как версия длиной всего 20 сантиметров развивала около 30 лошадиных сил (22 киловатта) в испытательном баке, что достаточно для питания быстроходного катера. Но компания говорит, что его можно увеличить примерно до 300 лошадиных сил.

Реклама

Важным элементом конструкции является то, что вода, поступающая в двигатель, всасывает воздух через вентиляционное отверстие перед паровой струей. Пузырьки воздуха изменяют способ смешивания пара с водой, что значительно увеличивает КПД двигателя.

Компьютерное моделирование показало, как это работает, но Pursuit Dynamics держит детали в секрете. «Мы знаем ответ», — говорит Майк Тодман, главный технический директор компании, который ранее был главным инженером подразделения судовых двигателей Rolls-Royce. Но он говорит, что это не будет раскрыто, пока не будут выданы патенты.

Пар для привода вырабатывается в небольшом котле, работающем на дизельном или бензиновом топливе. Если привод используется для обеспечения движения корабля, котел может отводить отработанное тепло от обычных двигателей. При необходимости может питаться морской водой.

Котел может быть изготовлен из коррозионно-стойких материалов, и если пар будет течь достаточно быстро, он удалит любые другие отложения. Без движущихся внутренних частей и гребного винта двигатель должен быть дешевым в производстве. Кроме того, он прочный и легко справляется с попаданием водорослей или веревки в входное отверстие.

Вода, выходящая из двигателя, теплее всасываемой не более чем на 3–4 °C, поэтому опасность ожога отсутствует. А поскольку он не пропускает масло, как обычные подвесные моторы, и не имеет гребного винта, который может повредить крупных морских существ, он должен наносить меньший ущерб окружающей среде.

Паровой привод также может работать как чрезвычайно прочный насос. Он может перекачивать воду, сточные воды или масло, и на демонстрации New Scientist Тодман засунул во входное отверстие большое количество сала и картона, при этом насос не пострадал. Он может даже смешивать материалы, используемые в пищевой промышленности. «Он не просто смешивается — он мацерируется», — говорит Тодман.

Pursuit Dynamics сама не планирует производить двигатель. Вместо этого компания надеется к концу года получить лицензии на его производство у других производителей.

Понимание водометного движения — принцип работы, конструкция и преимущества

Корабли представляют собой огромные конструкции весом от 100 000 до 500 000 тонн. Тем не менее, они с легкостью перемещаются по земным океанам.

На другом конце спектра размеров судов находятся небольшие рыболовные траулеры и прогулочные яхты, вес которых едва превышает 10 000 тонн. Их обычно можно встретить вдоль береговой линии на очень высоких скоростях.

Так как же движутся по воде такие разные суда и лодки?

Здесь на помощь приходит морская тяга.

Различные классы судов используют различные силовые установки, которые используют несколько методов для выработки энергии. Раньше суда использовали ископаемое топливо, такое как уголь, для работы больших двигателей, приводящих в движение гребные винты.

Более поздние модели работали с поршневыми двигателями и дизельными морскими двигателями, которые были более эффективными. В настоящее время ядерная энергия также используется для питания военных кораблей, но она слишком дорога и опасна, чтобы ее можно было адаптировать в секторе коммерческого судоходства.

Разве не было бы удобно, если бы какая-то форма энергии могла быть получена с использованием легкодоступного сырья, не создающего токсичных продуктов?

Здесь на помощь приходит водометный двигатель.

Вода является самым распространенным ресурсом на Земле: почти 75% земного шара покрыто водоемами. Кроме того, при использовании в качестве единственного компонента двигателя не образуются вредные побочные продукты, и весь процесс является экологически чистым.

В этой статье мы рассмотрим водометный двигатель, принцип его работы и преимущества, которые он дает.

Обычные морские двигательные установки

Движение относится к механике, лежащей в основе создания тяги и силы, которые могут использоваться для перемещения тела под действием его собственной силы. Требуемая мощность обычно вырабатывается с помощью двух или более судовых дизелей, работающих либо в двух-, либо в четырехтактном режиме.

Эти двигатели имеют несколько поршневых цилиндров, которые создают вращательное движение за счет сгорания топлива при температуре воспламенения. Вращательное движение используется для вращения коленчатого вала, соединенного с морским гребным валом, который ведет к гребным винтам.

Гребные винты имеют три или более лопастей гидродинамической формы, которые заставляют воду позади корабля двигаться вперед. Двигатели размещены на прочных амортизирующих платформах, способных перенаправлять вибрационные движения на большую площадь поверхности корпуса.

Для изменения направления используются рули, направляющие поступающую от гребных винтов массу жидкости. В более новых конструкциях азиподов рули интегрированы в гребные винты, в результате чего получается компактная система, которая может вращаться в большинстве направлений, изменяя траекторию движения судна.

Из приведенного выше описания можно определить несколько проблем. Основным недостатком этой традиционной системы является зависимость от большого количества компонентов, которые нелегко заменить.

Например, если морской гребной вал требует ремонта, гребные винты и весь вал в сборе должны быть удалены с корабля, что требует больших временных и трудовых затрат.

Более простая конструкция позволила бы выполнять ремонт быстрее, а различные компоненты стали более доступными.

Водометный двигатель имеет это преимущество, так как он встроен в компактную систему, которую можно разобрать без необходимости демонтажа значительной части корабля.

Теперь, когда у нас есть правильное представление о том, как работает обычная двигательная установка, мы можем лучше понять водометные системы и их преимущества.

Водометный движитель

Использование воды в качестве источника энергии устраняет ряд проблем, связанных с традиционными методами движения. Он быстрый, тихий и очень экологичный.

Тем не менее, водометная тяга в настоящее время не может использоваться для больших кораблей, таких как танкеры, грузовые перевозчики или военные корабли. Он больше подходит для питания небольших судов береговой охраны и военно-морских сил, траулеров, буксиров и личных судов.

Идея использования воды в качестве источника энергии была впервые рассмотрена еще в 1661 году Тугудом и Хейсом, которые предположили, что центральный водный канал может использоваться для создания движения. Идея претерпела несколько итераций, прежде чем получила широкое признание и была интегрирована в коммерческие суда.

Несколько коммерческих предприятий проектируют, строят и устанавливают водометные системы. Основное отличие этих компаний заключается в установочных компонентах, степени перемещения, конструкции рабочих компонентов и выборе материалов.

Короче говоря, водометные установки размещаются на корме судна, у ватерлинии. Вода всасывается и обрабатывается внутри системы, чтобы выйти из самого заднего сопла с высокой скоростью, которая продвигает судно вперед.

В следующем разделе мы проанализируем, как работает эта система, и физику, лежащую в основе водометного движения.

Принцип работы, механизм и компоненты

Система водомета работает по принципу третьего закона Ньютона, который гласит, что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие.

Сила, развиваемая за счет быстрого выброса воды из кормового сопла водометной системы, создает силу реакции, толкающую судно вперед.

Вода подается непосредственно в главные механизмы через всасывающий патрубок, расположенный на днище сосуда.

На большинстве судов используется только один воздуховод, хотя большее количество воздуховодов может увеличить вырабатываемую мощность, необходимую для больших судов. Жидкость, проходящая через вход, направляется через основной блок обработки системы.

В случае засорения мусоросборником вблизи входного отверстия судно может быть остановлено до тех пор, пока мусор не будет очищен. Присутствуют и другие механизмы, которые могут промыть впускное отверстие, чтобы удалить мусор.

Вода на входе представляет собой жидкость с относительно низкой энергией, поскольку до всасывания она находится в состоянии покоя. Однако для создания достаточной тяги его необходимо преобразовать в высокоэнергетическую жидкость. Это достигается за счет создания элемента турбулентности с помощью лопастей. Лопасти приводятся в движение с помощью рабочего колеса и статора.

Благодаря гидромеханическим реакциям с помощью этой турбулентности создается достаточное давление, которое затем выбрасывается в виде струи высокого давления из сопла. Рабочее колесо представляет собой вал, который приводится в движение бортовым двигателем. Он соединен со статором, который вращает лопасти.

Чтобы понять устройство рабочего колеса и статора, его можно в принципе уподобить двигателю самолета, который быстро увеличивает скорость воздуха на выходе из турбины. Вал крыльчатки вращается главным приводным валом, соединенным с двигателем и соединенным с помощью усиленных подшипников и соединителей.

Форсунка расположена в задней части агрегата и направляет жидкость, выходящую из системы. Он управляется поворотной системой, соединенной с штурвалом на мостике судна.

На большинстве судов угол поворота составляет от 150⁰ до 180⁰. Существует важный компонент, известный как задний дефлектор, который помогает судну двигаться задним ходом или выполнять повороты при движении задним ходом.

Дефлектор разработан с использованием гидродинамической формы, которая способна плавно перенаправлять поток в направлении, противоположном выбросу. Он надевается на горловину сопла и может быть опущен или поднят в зависимости от требуемого маневра рулевого управления.

Привод подвижных компонентов агрегата обеспечивается двумя основными источниками —

• бортовой двигатель вала крыльчатки и
• гидравлика для работы дефлектора.

Гидравлика, как правило, работает на масляной основе и хранится внутри корпуса судна, чтобы предотвратить любое загрязнение в случае разлива нефти.

Для доступа к различным компонентам сосуда предусмотрено несколько панелей доступа по всей длине установки. Однако необходимо соблюдать осторожность при открытии системы, и весь блок должен быть обесточен и полностью остановлен.

Из-за больших вибрационных ударов и сил, действующих на двигательную установку, установка монтируется на специализированных конструкциях, способных перенаправлять и поглощать выходные силы. Сила перенаправляется на большую площадь поверхности корпуса, чтобы ее можно было безопасно рассредоточить, не создавая опасных точечных нагрузок.

Как работают водометные суда?

Водометные системы чрезвычайно точны и точны, когда речь идет о маневренности и управляемости. Это связано с невероятно широким диапазоном движения, обеспечиваемым насадкой.

Основные органы управления, доступные офицеру, отвечающему за рулевое управление, включают дроссельный рычаг, рулевое колесо и рычаг для опускания или подъема заднего дефлектора. Мы рассмотрим некоторые основные операции рулевого управления и то, как они выполняются с помощью гидроабразивной технологии.

Для ускорения вперед рычаг дроссельной заслонки постепенно увеличивают, удерживая дефлектор в поднятом положении. В этом состоянии тяга, создаваемая жидкостью, выходящей из сопла, направлена ​​в кормовом направлении, толкая судно вперед. Регулируя дроссельный рычаг, скорость судна можно изменить, поскольку жидкость выходит с большей скоростью.

При выполнении поворотов рулевое колесо используется вместе с дроссельной заслонкой. Направление контролируется колесом, а скорость поворота подлежит дросселированию. Для получения крутых поворотов требуется высокий дроссель и резкое вращение руля. В зависимости от количества блоков и мощности, вырабатываемой каждым блоком, скорость поворота может варьироваться в зависимости от размера судна и погодных условий.

Наконец, для реверса задний дефлектор опускается, а дроссель увеличивается. При увеличении дроссельной заслонки струи воды, выходящие из сопла, перенаправляются вниз и в обратном направлении за счет гидродинамической формы дефлектора. Это заставляет судно двигаться в обратном направлении.

Для поворота задним ходом колесо используется для изменения направления струи воды, выходящей из дефлектора. При управлении рулем рекомендуется помнить, что нос всегда указывает в том направлении, в котором было повернуто рулевое колесо. Это особенно помогает при движении задним ходом, поскольку в этой ситуации правила поворота меняются местами.

Количество используемых устройств может иметь большое влияние на эффективность и эффективность водоструйной системы. Хотя использование одной системы является обычным явлением, предпочтительнее использовать двойную систему. Это потому, что он обеспечивает более высокую степень контроля.

Например, чтобы судно оставалось неподвижным, можно использовать комбинацию прямого и обратного режимов. Дефлектор частично опускается так, что половина тяги проходит, а оставшаяся половина сталкивается с отражателем и обеспечивает обратную тягу. В этой ситуации рулевое управление все еще активно.

Вращение штурвала позволяет судну выполнить поворот с радиусом поворота, близким к нулю, т. е. судно выполняет поворот вокруг своего текущего положения. Достижения в области водоструйных технологий позволили даже одноблочным системам выполнять этот маневр.

Точно так же судно может двигаться в поперечном направлении без какого-либо поступательного движения, используя сдвоенные устройства. Это достигается за счет использования отдельных струй в разных направлениях для поддержания устойчивости судна. Если с устройством не обращаться должным образом, сосуд может сильно раскачиваться, что приведет к параметрическому резонансу и возможному повреждению сосуда. Это также может привести к повреждению док-станции при столкновении.

Интересно отметить, что водометные установки могут поставляться в трех основных вариантах на момент установки-

• автономный блок,
• отдельный воздуховод и патрубок,
• или отдельный воздуховод.

Предпочтительным металлом для изготовления насадки является сталь, а для воздуховода используются либо композиты, либо сталь. Наличие полностью автономного блока упрощает установку, поскольку всю систему нужно просто подключить в сухом доке.

Преимущества и недостатки

Водометный движитель имеет ряд преимуществ, которые делают его привлекательным выбором при выборе двигательных установок. Скорость судна очень важна для малых судов, а водометные лодки способны развивать скорость до 40 узлов (75 км/ч) даже в плохих условиях. Это сопоставимо и часто выше, чем обычные отраслевые стандарты.

Обычно для достижения высоких скоростей лопасти обычных винтов должны вращаться с очень высокими оборотами, чтобы создать достаточную тягу. Однако это приводит к динамической разности давлений между окружающей средой и кромками вращающихся лопастей воздушного винта. Это вызывает разрушение кромки из-за явления, известного как кавитация.

Кавитация возникает из-за того, что вода быстро испаряется вблизи поверхности лопасти, что приводит к образованию микропузырьков, которые повреждают кромку лопасти гребного винта. Этот эффект может быстро изнашивать металл и заставлять судно двигаться в непредсказуемых направлениях.

Хотя в водоструйных системах также используются гидродинамические лопасти, существует меньшая разница динамического давления между внутренним механизмом и окружающей жидкостью. Таким образом, эффекты кавитации значительно уменьшаются. Это приводит к увеличению срока службы системы.

Водометная установка очень компактна и способна производить значительную мощность в небольшом блоке. Это делает его хорошим выбором для судов с ограниченным пространством.

Лопасти винта покрыты кожухом, предотвращающим случайное касание высокоскоростных лопастей. Таким образом, это безопаснее, чем обычные лезвия, которые не защищены кожухом. Еще одним преимуществом использования водяных струй является то, что нет необходимости погружать весь узел в воду.

Чтобы нормальные системы были эффективными, вся сборка лопасти и вала должна быть погружена в воду, тогда как в водоструйных системах необходимо погружать только входное отверстие.

Водометный двигатель также легче маневрировать, так как управление почти мгновенное. Это связано с немедленным реагированием гидравлических систем, поворачивающих выпускной патрубок.

В отличие от обычных судов, которым требуется больший радиус поворота, водометные суда могут выполнять полный поворот на 360⁰, оставаясь в фиксированном положении. Кроме того, повороты можно выполнять гораздо быстрее, просто увеличивая дроссельную заслонку водяной струи. Таким образом, рулевое управление и навигация выполняются значительно быстрее и эффективнее.

Еще одним преимуществом водометных систем является отсутствие редуктора. Хотя это обеспечивает более высокий уровень контроля в стандартных силовых установках, в водометных системах в этом нет необходимости. Это связано с тем, что используется только один режим передачи, и нет необходимости изменять крутящий момент какого-либо компонента вращения. Единственным вращающимся компонентом является крыльчатка, соединенная с базовой вращательной муфтой. Таким образом, в водоструйных системах требуется обслуживать и ремонтировать меньшие компоненты.

Наконец, с военной точки зрения, водометы производят меньше шума, чем обычные двигатели. Это приводит к уменьшению физического шума и сокращению сигнатур SONAR. Это имеет огромное применение на военных судах, которые могут двигаться на высоких скоростях, не будучи легко обнаруженными SONAR и другими системами. Частично это происходит из-за закрытой конструкции сборки, которая перенаправляет и перераспределяет шум.

Основным недостатком водоструйных систем являются высокие первоначальные затраты, которые они представляют. В отличие от стандартных силовых установок, компоненты и механизмы, связанные с этой технологией, все еще слишком дороги, чтобы их можно было интегрировать во все суда. Кроме того, стоимость установки и обслуживания может быть высокой из-за специализированного характера процесса. Таким образом, большинство операторов и владельцев лодок предпочитают более дешевые альтернативы.

Еще одна проблема, с которой сталкиваются водометные системы, заключается в том, что их можно использовать только на малых и средних судах. Это связано с тем, что количество тяги, создаваемой оборудованием стандартных размеров, может обеспечить достаточную тягу только для судов этих размеров. Для более крупных судов также потребуется, чтобы двигательные установки были пропорционально больше.

Дело не в том, что это невозможно сделать в ближайшем будущем; это просто слишком дорого для выполнения этого типа производства. Кроме того, для создания компонентов размером, сравнимым с обычными гребными винтами, требуется специальное оборудование, которое все еще исследуется и разрабатывается коммерческими организациями. В ближайшем будущем можно ожидать постепенного увеличения количества судов с водометными движителями за счет снижения производственных затрат.

Отказ от ответственности:  Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают взгляды Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания Marine Insight не претендуют на точность и не несут за это никакой ответственности. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих указаний или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.