Ang karamihan ng mga modernong submarino ay nilagyan ng diesel-electric power plant. Ang mga nasabing aparato ay may mga kakulangang katangian, na ang dahilan kung bakit isinasagawa ang isang paghahanap para sa maginhawa at kumikitang mga kahalili. Tulad ng ipinapakita na kasanayan, ang modernong antas ng teknolohiya ay ginagawang posible upang lumikha ng mahusay na mga halaman ng kuryente para sa mga di-nukleyar na submarino, at pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga sistema ng iba't ibang mga arkitektura.
Mga problema at solusyon
Ang pangunahing kawalan ng diesel-electric submarines ay ang pangangailangan para sa regular na recharging ng mga baterya sa pamamagitan ng isang diesel generator. Upang magawa ito, ang submarine ay dapat na lumutang sa ibabaw o lumipat sa lalim ng periskop - na nagdaragdag ng posibilidad ng pagtuklas ng kaaway. Sa parehong oras, ang tagal ng diving sa mga baterya ay karaniwang hindi hihigit sa maraming araw.
Ang isang halatang kahalili sa diesel ay isang planta ng nukleyar na kuryente, ngunit ang paggamit nito ay hindi laging posible at nabigyang-katwiran dahil sa pagiging kumplikado at mataas na gastos. Kaugnay nito, sa loob ng maraming dekada, pinag-aralan ang isyu ng paglikha ng mga air-independent power plant (VNEU) na may mga nais na katangian at nang walang mga dehado ng mga diesel-electric system. Ang isang bilang ng mga bagong teknolohiya ng ganitong uri ay matagumpay na naipatakbo, at ang pagpapadala sa iba ay inaasahan sa malapit na hinaharap.
Sa pangkalahatan, maraming mga diskarte sa paglikha ng VNEU. Ang una ay nagsasangkot sa muling pagtatayo ng generator ng diesel gamit ang ibang engine na hindi gaanong hinihingi sa papasok na hangin. Ang pangalawa ay nagmumungkahi ng pagbuo ng kuryente gamit ang tinatawag na. mga fuel cell. Ang pangatlo ay upang mapabuti ang mga baterya, kasama ang hanggang sa pagtanggi ng sariling henerasyon.
Alternatibo ni Stirling
Ang unang di-nukleyar na submarino na may ganap na VNEU, na inilagay sa serbisyo, noong 1996 ay ang barkong Suweko na Gotland. Ang submarino na ito ay may haba na 60 m at isang pag-aalis ng 1600 tonelada, at nagdala din ng 6 na torpedo tubes ng dalawang caliber. Ang planta ng kuryente nito ay itinayo batay sa isang pamantayang diesel-electric at dinagdagan ng mga bagong sangkap.
Ang pagtakbo sa ibabaw at pagbuo ng kuryente ay ibinibigay ng dalawang MTU 16V-396 diesel at isang pares ng Hedemora V12A / 15-Ub na mga generator. Ang tagabunsod sa lahat ng mga mode ay hinihimok ng isang de-kuryenteng motor. Sa isang nakalubog na posisyon, ang submarine, sa halip na mga diesel, ay nagsisimulang isang Stirling engine ng Kockums v4-275R na uri, gamit ang likidong gasolina at liquefied oxygen. Pinapayagan ka ng reserba ng huli na manatili sa ilalim ng tubig hanggang sa 30 araw nang hindi na kailangang umakyat. Bilang karagdagan, ang engine ng Stirling ay hindi gaanong maingay at hindi tinatanggal ang takip ng submarine din.
Tatlong bagong mga submarino ang itinayo ayon sa proyekto ng Gotland; ang pangalawa at pangatlong gusali ay kinomisyon noong 1997. Sa simula ng 2000s, isang proyekto na may Södermanland code ang ipinatupad. Nagbigay ito para sa paggawa ng makabago ng dalawang diesel-electric submarines ng uri ng Västergötland na may pag-install ng VNEU mula sa proyekto ng Gotland. Naging interesado ang Japan sa mga pagpapaunlad ng Sweden. Sa ilalim ng lisensya, tinipon niya ang VNEU para sa mga submarino ng uri na "Soryu". Dahil sa kanilang malalaking sukat at pag-aalis, ang mga submarino ng Hapon ay nagdadala ng apat na mga makina ng v4-275R nang sabay-sabay.
Mga turbine ng submarino
Sa panahon ng pagbuo ng proyekto ng Scorpène, iminungkahi ng mga tagagawa ng barko ng Pransya ang kanilang sariling bersyon ng VNEU batay sa isang alternatibong makina. Ang nasabing pag-install, na tinawag na Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), ay inaalok sa mga potensyal na customer para magamit sa mga bagong built na submarino.
Ang proyekto ng MESMA ay nagpanukala ng isang espesyal na steam turbine engine na pinalakas ng etanol at naka-compress na hangin. Ang pagkasunog ng pinaghalong alkohol-hangin ay dapat na gumawa ng singaw para sa turbine na nagmamaneho ng generator. Ang mga produkto ng pagkasunog sa anyo ng carbon dioxide at singaw ng tubig sa ilalim ng mataas na presyon ay iminungkahi na maipalabas sa dagat sa buong saklaw ng kailaliman ng pagpapatakbo. Ayon sa mga kalkulasyon, ang Scorpène submarine na may VNEU MESMA ay maaaring manatili sa ilalim ng tubig hanggang sa 21 araw.
Ang halaman ng MESMA ay inaalok sa iba't ibang mga customer. Halimbawa, binalak itong magamit sa proyekto ng Scorpène-Kalvari para sa India. Gayunpaman, ang planta ng piloto ay nagpakita ng hindi sapat na pagganap, at ang interes sa proyekto ay mahigpit na nabawasan. Bilang isang resulta, ang bagong French diesel-electric submarines ay nilagyan pa rin ng mga diesel engine - kahit na inihayag na ng mga developer ang isang bagong paggawa ng makabago sa pagpapakilala ng iba pang mga nangangako na solusyon.
Noong 2019, inihayag ng mga gumagawa ng barko ng Russia ang pagbuo ng isang panimulang bagong VNEU batay sa isang closed-cycle gas turbine engine. May kasama itong mga tanke para sa liquefied oxygen: sumisingaw ito at ibinibigay sa engine. Ang mga gas na maubos ay iminungkahi na mai-freeze at itapon lamang kapag um-surf sa isang ligtas na lugar. Ang isang katulad na VNEU ay binuo sa loob ng balangkas ng proyekto na P-750B.
Fuel cell
Sa pagtatapos ng siyamnaput siyam, ang Aleman ay lumikha ng sarili nitong bersyon ng VNEU. Noong 1998, nagsimula ang konstruksyon sa head submarine ng bagong proyekto na Type 212, nilagyan ng katulad na sistema. Kasama sa proyekto ng Aleman ang paggamit ng sistemang Siemens SINAVY, na pinagsasama ang isang de-kuryenteng de motor at mga hydrogen fuel cell. Para sa paggalaw sa ibabaw, napanatili ang isang generator ng diesel.
Ang SINAVY complex ay may kasamang Siemens PEM proton-exchange fuel cells batay sa metal hydride mula sa isang likido na oxygen tank. Para sa karagdagang kaligtasan, ang mga lalagyan ng metal hydride at oxygen ay matatagpuan sa puwang sa pagitan ng mga masungit at magaan na pabahay. Sa panahon ng pagpapatakbo ng VNEU, ang hydrogen na nakuha mula sa metal hydride, kasama ang oxygen, ay pinakain sa mga espesyal na lamad at electrode, kung saan nabuo ang kasalukuyang.
Ang awtonomiya ng submarino na "212" ay umabot sa 30 araw. Ang isang mahalagang bentahe ng VNEU SINAVY ay ang halos kumpletong kawalan ng ingay sa panahon ng operasyon sa sapat na mataas na pagganap. Sa parehong oras, mahirap na gumawa at mapatakbo, at mayroon ding iba pang mga disadvantages.
Anim na 212 na mga submarino ang itinayo para sa German Navy. Noong 2006-2017. apat sa mga barkong ito ang pumasok sa serbisyo sa fleet ng Espanya. Batay sa "212", ang proyekto na "214" ay nilikha, na nagbibigay ng pangangalaga sa mayroon nang VNEU. Ang mga nasabing submarino ay napakapopular sa internasyonal na merkado. Ang mga order na natanggap mula sa apat na mga bansa para sa higit sa 20 mga bangka. 15 na mga barko ang naitayo at naihatid na sa mga customer.
Dapat pansinin na ang VNEU batay sa fuel cells ay binuo hindi lamang sa Alemanya. Kahanay ng proyekto ng MESMA sa Pransya, isang variant ng Scorpène submarine na may paggamit ng fuel cells ay binuo. Ang mga submarino na ito ang naibenta sa India. Ngayon ang mga elemento ng isang bagong henerasyon ay nilikha. Nauna nitong naiulat na ang mga fuel cells ay binubuo sa Russia. Ang VNEU ng ganitong uri ay nakapasa na sa mga bench test, at sa hinaharap ay susubukan ito sa isang pang-eksperimentong barko.
Pinapatakbo ng baterya na submarine
Ang hitsura ng panimulang mga bagong makina at paraan ng pagbuo ay hindi ibinubukod ang pangangailangan para sa karagdagang pag-unlad ng mga mayroon nang mga teknolohiya at yunit. Kaya, ang mga baterya ng pag-iimbak ng mga kilala at pinagkadalubhasaan na mga uri ay mananatili ng isang mataas na halaga. Sa mga nangangako na proyekto, isinasaalang-alang pa sila bilang nag-iisang mapagkukunan ng enerhiya para sa lahat ng mga system.
Ang mga nakakaisip na proseso ay sinusunod sa paggawa ng barko ng Hapon. Ang Japan ay isa sa mga unang bansa na pinagkadalubhasaan ang VNEU gamit ang isang Stirling engine, ngunit noong 2015 at 2017. dalawang submarino ng binagong proyekto ng Soryu ang inilatag nang walang mga naturang system. Ang puwang para sa karaniwang mga baterya at mga yunit ng VNEU ay ibinigay para sa mga modernong baterya ng lithium-ion. Dahil dito, ang tagal ng diving ay doble sa paghahambing sa mga baterya ng nakaraang henerasyon.
Mula noong 2018ang pagtatayo ng mga submarino ng bagong proyekto ng Taigei, na orihinal na binuo gamit ang isang diesel-electric na pag-install at mga baterya ng lithium-ion, ay isinasagawa. Ang nangungunang barko ng bagong proyekto ay inilunsad na, at dalawa pang mga katawan ng barko ay nasa ilalim ng konstruksyon mula noong nakaraang taon. Sa kabuuan, pinaplano na magtayo ng pitong mga submarino na may pagtanggap sa serbisyo mula 2022.
Maraming mga proyekto ng ultra-maliit na mga submarino, nilagyan lamang ng mga baterya. Sa hinaharap, ang arkitekturang ito ay maaaring makahanap ng aplikasyon sa mga "malalaking" proyekto. Kamakailan lamang, ipinakita ng mga tagagawa ng barko ng Pransya ang proyekto ng konsepto ng SMX31E, na pinagsasama ang maraming pinakapangahas na mga desisyon. Sa partikular, ang submarine ay nakatanggap lamang ng mga baterya kasama ang kanilang pagkakalagay sa lahat ng magagamit na dami, kasama na. sa pagitan ng matibay at magaan na mga katawan. Ang mga baterya ay dapat sisingilin sa base bago pumunta sa dagat.
Tinatayang kapag ganap na nasingil, ang SMX31E ay mananatiling nakalubog sa loob ng 30-60 araw, depende sa bilis ng pagmamaneho at kabuuang pagkonsumo ng enerhiya. Sa parehong oras, pinaplano na matiyak ang buong kakayahang mapatakbo ang lahat ng mga pamantayan at karagdagang mga aparato, mga kumplikado, atbp.
Sa proseso ng ebolusyon
Kaya, sa mga nagdaang dekada, mayroong makabuluhang pag-unlad sa larangan ng VNEU para sa mga di-nukleyar na submarino. Ang iba`t ibang mga pagkakaiba-iba ng naturang mga system na may ilang mga tampok at pakinabang ay binuo, nasubukan, ipinakilala sa mga proyekto at inilagay sa serbisyo. Gayunpaman, kahit na ang pinakabagong mga pag-install na independiyenteng naka-air ay may ilang mga kawalan. Nanatili silang kumplikado at mahal, pareho sa paggawa at pagpapatakbo.
Sa kabila ng mga kalamangan sa pantaktika at panteknikal na mga katangian, ang mga hindi pang-submarino na may VNEU ay hindi pa maaaring mapalit ang mga diesel-electric submarine ng "tradisyunal" na arkitektura. Bukod dito, ang huli ay bumubuo at gumagamit din ng pinaka-modernong teknolohiya at mga bahagi. Ang isang kapansin-pansin na halimbawa ng naturang kumpetisyon sa pagitan ng iba't ibang mga klase ay ang pag-unlad ng Japanese submarine fleet, na bumalik sa diesel-electric scheme sa isang bagong antas na panteknikal.
Tila, ang kumpetisyon sa pagitan ng mga naka-air-independent at diesel-electric installations ay magpapatuloy sa hinaharap na hinaharap - at wala pang malinaw na paborito. Sa parehong oras, halata na ang mga navies ng mundo ang nagwagi. Nakakakuha sila ng pagkakataong pumili ng pinakamahusay na pagpipilian para sa planta ng kuryente na pinakamahusay na nakakatugon sa lahat ng mga kinakailangan.
