Projekt av framtidens krigsskepp den största bloggen på Runet. 2000-talets ryska flotta: lovande fartyg och vapen. Framtidens skepp "Proteus"

Hur kommer framtidens krigsfartyg att se ut? Hittills framkallar de första prototyperna och publicerade skisserna bilder av antingen antika slagskepp eller havstransporter från science fiction-filmer. Men utseendet är fortfarande inte huvudsaken.

Ingenjörens strävanden inom området för att designa ytstridsfartyg är en återspegling av de militärpolitiska begreppen i respektive land. Det första som fångar ditt öga är det allmänna modet för låg synlighet, eller "stealth"-teknik. Det är dessa teknologier som ger fartyg ett futuristiskt utseende, och den första i denna serie är den svenska korvetten Visby, som lanserades redan 2000. En karakteristisk vinkeldesign som gör radar svår att lokalisera, en lätt kompositplastkropp och ett minimum av utskjutande element.

Det svenska konceptet var att en kvick och smyg korvett skulle upptäcka ett fientligt mål i kustvatten och förstöra det mycket snabbare än att själv upptäckas och förstöra. I januarinumret skrev PM om den nyaste ryska korvetten, Project 20380, som också använder kompositer och delar av stealth-teknik.

Designen av USS Independence är baserad på höghastighetsfärjan Benchijigua Express, utvecklad av det australiensiska företaget Austal. Nuförtiden är civil skeppsbyggnad ofta tekniskt sett före militär skeppsbyggnad.

När man nu tittar på trimaranen USS Independence, en representant för den nya klassen Littoral Combat Ship (LCS), tycks de karakteristiska egenskaperna hos smyg redan vara något att ta för givet. Men om Visby och den ryska korvetten är konstruerade för att verka i den nationella kustzonen i defensiva syften, så är LCS uppenbarligen utformad för att delta i operationer främst utanför utländska kuster. Och mycket pekar på detta.

Till avlägsna stränder

LCS är strängt taget två olika projekt. Det ena är ett enskrovsfartyg utvecklat av Lockheed Martin. Den förstfödde i projektet 2006 var USS Freedom. Den andra LCS-varianten, skapandet av General Dynamics, är en trimaran (nummer ett i serien är USS Independence). Inledningsvis planerade den amerikanska flottan att välja mellan dessa två koncept, men sedan beslutades det att komplettera båda linjerna med nya fartyg.

Samtidigt, eftersom välkända vapenföretag utförde liknande tekniska specifikationer, visade sig parametrarna och kapaciteten för de två typerna av LCS vara ganska nära. Det viktigaste man omedelbart märker är att den har en mycket anständig räckvidd för ett fartyg i kustzonen. Lockheed's Freedom har en räckvidd på 3 500 sjömil med en hastighet av 18 knop, medan Independence's har 4 300, vilket är nästan 8 000 km. Autonomi – 21 dagar. Den andra är maxhastigheten, som är cirka 45 knop (83 km/h) och tillhandahålls av vattenjetmotorer. Detta överstiger avsevärt Visbys prestanda (35 knop) och den nämnda ryska korvetten Project 20380 (27 knop).

Vi talar helt klart om något mer än att bara ersätta föråldrade korvetter och minsvepare, särskilt om vi kommer ihåg att USS Freedom vid lanseringen blev en representant för den enda klassen av amerikanska krigsfartyg som tagits i bruk under de senaste 20 åren.

Utseendet på lätta höghastighetsfartyg, som i sin klass liknar korvetter, var resultatet av medvetenhet om en ny verklighet. Verkligheten var att AUG, tunga kryssare och jagare var väl lämpade för kraftprojektion under det kalla kriget, men för lågintensiva konflikter behövdes tunnare och billigare verktyg. Bland amerikanska militäranalytiker föddes till och med konceptet med en "street fighter" - ett billigt, litet, specialiserat fartyg som kan operera i grunt vatten i fiendens kustzon.

Idén med LCS ligger nära detta koncept - Frihet eller oberoende kan lätt föreställas utföra uppgifter någonstans utanför Persiska vikens kust. Där kunde sådana fartyg jaga dieselubåtar och höghastighetsmissilbåtar (som Iran förlitar sig på), rensa vattnet från minor, bedriva spaning och i slutändan bana väg för en storskalig invasion från havet.

Enkla transformationer

Hur är det med specialisering? Detta problem är lätt att lösa på grund av modulariteten som är inneboende i båda LCS-projekten. Modularitet är uppenbarligen en annan grundläggande trend i utvecklingen av både yt- och undervattensstridsfartyg. När det tillämpas på kustfartyg innebär detta möjligheten att utrusta dem (beroende på den kommande operationen) med en modul för att bekämpa minor, en modul för anti-ubåtsoperationer eller en modul för att bekämpa en fiende som ligger på ytan av vatten eller land .

Modulerna placeras i specialcontainrar som enkelt monteras på fartyget och vid behov snabbt byts ut mot andra. Modulerna inkluderar en mängd olika spaningsutrustning: till exempel används en autonom robotsond för att upptäcka minor, undervattenssensorer och luftbaserade system används i anti-ubåtskrigföring: LCS kan bära ett par MH-60R helikoptrar på däck, såväl som UAV.

Ytmotåtgärdspaketet inkluderar en 30 mm mk46-kanon som avfyrar 200 skott per minut, samt NLOS-raketer (bortom visuellt siktområde) med precisionsstyrda missiler.

Den integrerade överbyggnaden och det ovanliga skrovet kommer att få Zumwalt-klassens missilbeväpnade jagare att likna ubåtar. Kanske kommer de att kunna slåss i ett halvt nedsänkt tillstånd för att säkerställa större smyg.

"Närmare stranden" - detta kan vara sloganen för många projekt med lovande krigsfartyg. Den sedan länge utpekade nya klassen av missilbeväpnade jagare - den så kallade Zumwalt-klassen - kommer att utföra sina funktioner lika bra både i den avlägsna havszonen och i grunda kustvatten. Den första representanten för denna klass, DDG 1000 Zumwalt, bör lanseras snart.

Det är karakteristiskt att befäl från US Marine Corps visade särskilt intresse för denna jagare, som för första gången på mer än hundra år kommer att byggas enligt en design med ett skrov som expanderar i botten (a la kryssaren Aurora) . Marines ser Zumwalt som ett kraftfullt amfibiskt stödvapen. Fartyget kunde hjälpa landstigningsstyrkan med missil- och artillerianfall bakom fiendens linjer, och skulle även tillhandahålla luftförsvar för operationsplatsen. Det har till och med föreslagits att en jagare av Zumwalt-klass är kapabel att fungera som ett stödjande element i en LCS-grupp av frihets- eller oberoendeklass som verkar i fiendens kustvatten.

För operationernas skull i kustzonen ägnas särskild uppmärksamhet åt smyg, vilket faktiskt dikterar fartygets ovanliga design. Och detta trots att Zumwalt (deplacement 14 500 ton) faktiskt har dimensionerna som en stridskryssare och är betydligt större än en liknande klass missilbeväpnad jagare av Arleigh Burke-klassen. Zumwalt bär en helikopter och tre multifunktionella MQ-8 Fire Scout drönare, byggda enligt en helikopterdesign (LCS är också utrustad med samma).

Jagarens design avslöjar en annan intressant trend inom skeppsbyggnad - övergången till en enda elektrisk källa. Två Rolls-Royce Marine Trent 30 gasturbinmotorer snurrar Curtiss-Wright-generatorer, och denna elektricitet driver motorerna som roterar propellrarna. Dessutom är det möjligt att olika lovande vapensystem som rälsvapen i framtiden kommer att drivas med el.

Robotskepp

Brittiska BAE Systems deltar som regel aktivt i stora amerikanska försvarsprojekt, men har också sin egen utveckling som är helt i linje med moderna högteknologiska trender. I synnerhet från omkring 2012 bör "Global Combat ShipType 26" ingå i tjänst hos Royal Navy of Great Britain.

Typ 26 klassas som en fregatt vad gäller förskjutning (det vill säga den är större än en korvett och mindre än en jagare), och den kommer så småningom att bli flottans "arbetshäst", vilket innebär en hög grad av mångsidighet. Detta kommer naturligtvis att uppnås med hjälp av en modulär design - fartyget kan enkelt konverteras för att bekämpa piratkopiering, humanitära operationer eller uppdraget att upprätta en kustblockad.

Storbritannien kännetecknas av en mycket avancerad utveckling. Förutom de högteknologiska jagarna av typen 45 skapas fregatten av typen 26, kallad Global Combat Ship.

Men det kanske roligaste engelska konceptet för ett framtida ytfartyg (detta är också ett BAE-projekt, även om tidpunkten för dess implementering är oklar) kan betraktas som den så kallade UXV Combatant. Detta fartyg i jagarstorlek är tänkt att bli en flytande bas, fokuserad på att arbeta med obemannade fordon, både flygande och flytande.

Det antas att UXV Combatant kommer att tjäna en liten besättning (cirka 60 personer), och alla starter och uppskjutningar av spanings- eller attackdrönare kommer att kunna utföras automatiskt. I slutändan är det förmodligen detta brittiska projekt som visar vart hela vapenindustrin i utvecklade länder gradvis rör på sig, och varvsindustrin är inget undantag: snart kommer bara robotar att skickas ut i krig.

I framtiden kommer hastigheten komma först överallt och i allt, och det kan vi redan känna. För framtidens fartyg och fartyg kommer vattnet att vara dess fiende, så den långa tiden som ägnas åt att förflytta sig runt världshaven skrämmer resenärer och de väljer snabba fartyg som de kan ta sig vart de än vill.

Framtidens skepp "Earthrace"

Framtidens första fartyg har redan skapats och har genomfört flera sjöresor. Det är något mellan ett fartyg och ett flygplan och översätts som en sjöpil. Detta är ett fantastiskt och ganska snabbt fartyg som kan övervinna stora vågor, men bara för korta avstånd. På grund av sitt utseende och designegenskaper kan Earthrace-fartyget utveckla utmärkt fart. Dess skrov kan störta i vågor, men det mest slående kännetecknet för detta fartyg är dess styrka. Fartygets skrov är gjord av kol. En annan egenskap hos Earthrace-fartyget är dess ekonomiska framdrivningssystem, som drivs av biobränsle. För att korsa jordklotet behöver detta fartyg bara en behållare med sådant bränsle, som är gjord av sojaolja och minskar utsläppet av skadlig koldioxid till miljön med upp till 75 procent. I framtiden kommer sådana sjöfartyg att bli vanliga och dessutom görs redan experiment på en utvecklad enhet som tar emot biobränsle från tång.

Framtidens skepp "Proteus"

Under många år har fartyg och fartyg som färdas på världshaven ställts inför problemet med vågmotstånd. Forskare har omprövat utformningen av fartygets skrov och dess kapacitet. Resultatet är ett fartyg med en atypisk form som sticker ut från andra havsgående fartyg eftersom det saknar skrov.

Framtidens skepp "Proteus", som betyder "Prometheus", kan erövra vågorna. Den anpassar sig lätt till havsmiljöns vågor, upprepar rörelsen, så den behöver inte övervinna deras motstånd.

Detta koncept kallas Wave Adaptive Modular vessel (WAM-V). Skaparen av det första futuristiska fartyget i sitt slag var den italienske oceanografen Ugo Conti, som arbetar vid havsforskningsinstitutet i North Carolina. Kostnaden för hans pilotprojekt var 1,5 miljoner USD.

"Proteus" är en helt ny typ av fartyg, vars arbetsdel lätt berör vattenytan, tränger igenom vågorna som uppstår längs vägen och tack vare sin flexibilitet anpassar sig till strukturen, dvs vågen.

Framtidens skepp "Proteus" foto

Framtidens skepp "Proteus" är gjord av flera typer av lätta och hållbara material: titan, aluminium och förstärkta tyger.

Modulen som hänger över vattnet kan bytas ut beroende på fartygets funktioner eller syfte. "Proteus" kan förvandlas från ett sätt att transportera människor till ett medel för att transportera varor. En av fördelarna med transformation är snabbhet. Förvandling tar inte mycket tid och ansträngning.

Även fans av datorspel kommer att kunna styra sådana framtida skepp som "Proteus". Två joystick-kontroller gör kontrollen enkel och njutbar. Fartyget når också enkelt land och kajer utan svårigheter.

För närvarande används Proteus för valskådning och undervattensspaning. Detta koncept bryter stereotyperna av befintliga vattenfarkoster som rör sig på vågor, och kan så småningom vara av intresse för ägare av kryssningsfartyg eller andra typer av fartyg.

Tekniska data för framtidens skepp "Proteus":

Längd - 30 m;
Förskjutning - 12 ton;
Kraftverk - två dieselmotorer med en kapacitet på 355 hk. Med.;
Cruising räckvidd - upp till 5000 miles;
Maximal hastighet - 70 knop;

framtidens höghastighetslast- och passagerarfartyg

Vi lever i en era av utveckling av vattentransporter - det är trevligt att veta detta. Men det är en sak att driva ett litet fartyg och en annan sak att driva ett oceangående fartyg med last. Dessutom spenderas den tid som läggs på lastbearbetning irrationellt.

Hydro Lance Corporation har utvecklat konstruktioner för nya fartyg av olika typer, som i framtiden kommer att innehålla viktiga aspekter - rörelsehastighet och lastning, transformation och bekvämligheter ombord.

högha

Höghastighetslast-passagerarcontainerfartyg

universaltankfartyg

höghastighetsfartyg av typen gasbärare (LNG)

Dessa fartyg kommer att kunna korsa Atlanten på 3 dagar utan problem. Deras design gör att de kan nå hastighet i alla väderförhållanden eftersom de inte utsätts för vågpåverkan på grund av skrovdesignen.

Men i en värld av godstransporter har frågan om hur man snabbt lastar eller lossar ett fartyg länge varit relevant. Det typiska tillvägagångssättet håller på att bli föråldrat. Cirka 30 containrar behandlas på 1 timme. Självgående bälten och andra moderna anordningar hjälper till att ladda flertonsbehållare fyllda med varor på några minuter. Det stora området med motorvägar kommer inte längre att ta mycket tid att lossa och lasta fordon. Dessutom kommer det inte längre att behövas kranar i hamnar eller containerterminaler. Dessa unika fartyg i framtiden kommer jämnt att placera last direkt på däck och fyllas upp med last ganska snabbt.

Havshamnar kommer inte att behövas för att ta emot passagerare ombord, eftersom utformningen av framtidens lastpassagerarfartyg gör det möjligt för dem att enkelt närma sig stränderna.

Framtidens skepp för att transportera bilar "E/S Orcelle"

Världen förbrukar miljontals liter bränsle per dag. Med instabila priser på petroleumprodukter och begränsade reserver av dessa mineraler letar ingenjörer ständigt efter alternativa energikällor. Enorma lastfartyg släpper ut miljontals kubikmeter koldioxid i atmosfären varje år, vilket orsakar enorma skador på atmosfären och påskyndar smältningen av glaciärer vid polerna. Vissa forskare anser att utvecklingen av varvsindustrin går åt fel håll.

Det svenska rederiet Wallenius Wilhelmsens ingenjörer fick fritt spelrum, vilket resulterade i ett lastfartyg som utnyttjar miljöns energi. "E/S Orcelle" är ett nytt koncept inom området för framtidens lastfartyg.

Det futuristiska lastfartyget blir det första i sitt slag som använder tre alternativa energikällor - sol, vind och vågor.

Dess åtta däck, lika i yta som 14 fotbollsplaner (85 000 kvm), kommer att rymma upp till 10 000 bilar. Tre lastdäck kommer att vara justerbara i höjdled och kommer att möjliggöra transport av stora laster.

Skaparna av framtidens långfärdsfartyg "E/S Orcelle" inspirerades av erövraren av avlägsna rymden - albatrossen. Man tror att 90 procent av dess energi kommer från naturen. Precis som denna fågel kommer det fantastiska E/S Orcelle-projektet att använda miljöns energi för att minska sin egen förbrukning.

Den atypiska utformningen av fartygets skrov och frånvaron av traditionella propellrar och roder kommer att eliminera ett av de största hoten mot världshaven - barlastvatten.

Fartygets skrov kommer att vara tillverkat av aluminium och termoplastiska kompositmaterial, vilket ger det styrka, minimalt underhåll och enkel bearbetning och bortskaffande.

Den första alternativa källan på framtidens fartyg kommer att vara solenergi. Tre enorma segel, bestående av solcellspaneler, ska samla solenergi i lugnt väder, som sedan omvandlas till el för omedelbar användning eller lagring.

Den andra alternativa källan till det framtida fartyget "E/S Orcelle" kommer att vara vågenergi. Lastfartyget kommer att vara utrustat med tolv enheter - "fenor", som kommer att kunna omvandla den kinetiska energin från bubbelpooler till mekanisk och sedan till elektricitet.

Och slutligen bränsleceller. Denna teknik blir allt mer utbredd idag och utvecklas snabbt. Ungefär hälften av den el som förbrukas av det framtida fartyget E/S Orcelle kommer att genereras av bränsleceller. De kommer att kombinera de vanligaste kemiska grundämnena på vår planet – väte och syre – för att producera elektrisk energi till fartygets framdrivningsmotorer, samt generera elektricitet till andra konsumenter ombord.

Wallenius Wilhelmsens chefer anser att rederierna måste satsa mer på att utveckla nya tekniska lösningar för sjötransporter. Materialkostnaderna för att bygga framtidens fartyg kommer inte att vara billiga och kommer att vara mycket högre än konstruktionen av ett standardlastfartyg som kostar 46 miljoner dollar, men i framtiden, med utvecklingen av den använda tekniken, kommer kostnaderna att bli lägre och naturligtvis ekonomiskt lönsamma. Företaget Wallenius Wilhelmsen planerar att bygga biltransportfartyget E/S Orcelle till 2025.

Tekniska data för det framtida lastfartyget "E/S Orcelle":

Längd - 250 m;
Bredd - 50 m;
Höjd - 40 m;
Utkast - 9 m;
Deplacement - 21 000 ton;
Hastighet - 27 knop;

Jag skulle vilja tro att de trender och lösningar som redan erhållits kommer att tillämpas på befintliga fartyg inom en snar framtid. Genom att ansluta till havet kommer mänskligheten att förändra världen. Vi kommer att erövra vågorna, ta emot energi från naturen själv och kommer att gå ner i djupet för att utforska nya territorier.

Framtidens skepp kommer att förändra våra liv

Utsikten till framtida vapen byggda på nya fysiska principer som dyker upp på krigsfartyg ökar militära sjömäns intresse för ämnet elektrisk framdrivning. Idén att integrera vapen och ett fartygs framdrivningssystem i en enda krets baserad på elektrisk energi är faktiskt det som ger ytterligare argument till anhängare av "full elektrisk framdrivning." Följaktligen håller detta ämne på att bli ett viktigt arbetsområde för designingenjörer anställda vid företag inom den inhemska varvsindustrin. "Vapensystem byggda på nya fysiska principer" är en slags allmän bred definition, som särskilt inkluderar lovande system som använder en elektromagnetisk puls för att tillfälligt eller till och med permanent inaktivera radarstationer, datorer och annan radioteknik och digitala system för fientliga fartyg. Dessutom är det möjligt att använda fartygets elektricitet för att avfyra och accelerera en viss projektil. Det är viktigt att sådana system kräver en stor tillförsel av el ombord på fartyget och möjlighet att återställa/underhålla det utan att gå in i en bas ”Full elektrisk framdrivning” realiseras när propellern (eller annan framdrivningsanordning) endast drivs av en elmotor i alla lägen av fartygets rörelse. Om det finns en mekanisk källa ombord (diesel, turbin, etc.) som har förmågan att rotera propelleraxeln (vanligtvis i höga hastigheter), så finns det en "direktdrivning med en elektrisk hjälpmotor", med enkla ord, "partiell elektrisk rörelse." "Full" elektrisk framdrivning", byggd för att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi och sedan tillbaka till mekanisk energi, minskar den totala effektiviteten. Både skeppsbyggare och sjöseglare måste ta hänsyn till detta. Det verkar som om tillvägagångssättet i förhållande till skapandet av nästa generations ytfartyg var i enlighet med de uppgifter det löste. Det förväntade utseendet av elektromagnetiska kanoner (för kryssare, jagare) och katapulter (på hangarfartyg) tycks göra vissa energiförluster vid konvertering från en typ till en annan motiverad. Jon-litium batteri I detta avseende, och även med hänsyn till trenden mot en ökning av den totala energiförbrukningen för olika fartygssystem (inklusive radar, ekolod, kontrollsystem, etc.), måste designers vara mer uppmärksamma på ämnet generering och lagring av elektriska apparater. energi. Vetenskapligt och tekniskt avancerade länder i världen arbetar aktivt med litiumbatterier med hög kapacitet. Inom detta område har inhemska specialister uppnått uppmuntrande resultat, inklusive användning i flottan. I synnerhet tillkännagav Central Design Bureau of Marine Equipment Rubin, skaparen av ubåtar av projekt 955 Borei, 677 Lada och andra, slutförandet av utvecklingen och testningen av ett jon-litiumbatteri för ubåtar.
Observera att batterier märkta Jon-Lithium länge har använts i stor utsträckning i bärbara enheter (mobiltelefoner etc.) och har visat sig väl. Ännu har de dock inte hittat sin plats i sjöfarten. Samtidigt har de en rad fördelar jämfört med klassiska syrabatterier, bland annat ökad kapacitet, förmågan att motstå ökade urladdnings- och laddningsströmmar, lång livscykel, lägre driftskostnader och så vidare. Historisk aspekt Våra landsmän var bland de första som provade en elektrisk dragmotor på ytfartyg. Dess design föreslogs av den ryske fysikern Boris Semenovich Jacobi. En nöjesbåt med en kapacitet på 12 passagerare användes som tillryggalade flera tiotals kilometer under testningen. Texten i Kruzenshterns rapport till greve Uvarov har bevarats, som särskilt säger: "Den 13 september 1838 genomfördes ett experiment på Neva med att segla ett fartyg som drivs av elektromagnetisk kraft." Det är värt att notera att båten inte hade ett alternativt kraftverk, vilket innebär att principen om "full elektrisk framdrivning" implementerades på den. Så denna riktning inom skeppsbyggnad kan inte betraktas som något helt nytt.Nästa intressanta steg i inhemsk skeppsbyggnads historia var konstruktionen i början av förra seklet av Vandalmotorfartyget med ett dieselelektriskt kraftverk designat av Konstantin Petrovich Boklevsky. Den valda kretsen (en dieselmotor drev en elektrisk generator, som laddade batteriet, och sedan gick strömmen till en DC-motor) hade en verkningsgrad på mindre än 85%. Fartyget var i aktiv användning under lång tid och togs ur drift efter revolutionen på grund av slitage och skador. På 50-talet byggde Sovjetunionen en serie dieselelektriska fartyg. Sådana fartyg har blivit utbredda och fortsätter att användas inom kommersiell sjöfart. Moderna elfartyg har en verkningsgrad flera procent högre än Vandalernas.
Idag används elmotorer på fartyg både som hjälpframdrivning och som en del av huvudkraftverket. Eftersom moderna motorer är höghastighetsmotorer är det nödvändigt att installera en reduktionsväxel mellan dem och propellern, vars effektförlust är cirka 2%. Och i fallet med ett elektriskt system är det nödvändigt att använda generatorer och frekvensomriktare med en total verkningsgrad på mindre än 90%. Detta är lägre än ett "rent mekaniskt" system (t.ex. gasturbin och huvudturboväxel). Med ett ord, i ekonomiska termer, är elektrisk framdrivning olönsam.Om uppfinningen av den elektriska framdrivningsmotorn gav en kraftig impuls till utvecklingen av undervattensskeppsbyggnad, så löste det i förhållande till ytstridsfartyg bara hjälpproblem. Samtidigt översätts inte entusiaster för den bredare användningen av "elektromagnetisk kraft". I ett försök att skapa intresse för ämnet introducerar de nya termer som "avancerade tillämpningar av elektrisk framdrivning" och liknande.
Önskan att beskriva en sedan länge känd trend med en annan vacker fras får specialister att le och bevisar återigen giltigheten av det populära uttalandet att "det nya är det välglömda gamla." Samtidigt kan man inte undgå att notera de positiva aspekterna av elektrisk framdrivning. Anti-ubåtsskepp För militärseglare är det viktigt att helt minska avslöjande skyltar, och den elektriska framdrivningsmotorn (PEM) anses vara den tystaste av alla vanliga typer av fartygskraftverk. Det är sant att för ett ytfartyg är det inte lika viktigt att minska det akustiska fältet som för ett undervattensfartyg. Eftersom den främsta avslöjande faktorn är synlighet i radarn (radiovågor som reflekteras från sidan och överbyggnader) och infraröda fält (kraftverk baserat på förbränningsmotorer).
Den kanske mest relevanta minskningen av det egna hydroakustiska fältet verkar vara i förhållande till fallet med ett anti-ubåts- (eller patrullfartyg). Som regel utförs sökandet efter fiendens ubåtar i låg- och medelhastighetsläge (högst 15 knop) med hjälp av hydroakustiska system med bogserade, dränkbara och underkölade antenner, vars räckvidd beror på brus- och vibrationsporträtt Det finns kända exempel på hur enskilda konstruktörer försöker minska de akustiska egenskaperna hos ett fartyg genom att minska längden på axlarna, med argumentet att detta uppnås genom att placera kraftverkets delar på rätt sätt inuti skrovet och överbyggnad. Några av dessa lösningar användes på de engelska typ 45 Daring jagarna med ett kraftverk bestående av två Rolls-Royce gasturbiner, ett par Wärtsilä dieselgeneratorer och Converteam elmotorer.
Sex sådana elbilar byggdes för Royal Navy mellan 2003 och 2013. Alla fartygsgeneratorer genererar växelström, vilket förenklar deras design och kontroll (det är ännu inte möjligt att skapa högeffektsgeneratorer med likström). Transformatorer används för att omvandla växelström till likström (framdrivningsmotorer arbetar på likström), en för varje elmotor. USA har byggt en ny generation Zumwalt-jagare sedan 2008. Kraftverket inkluderar gasturbiner och asynkrona elmotorer med en effekt på 36,5 MW och en driftspänning på 6600 V. På det tredje fartyget DDG-1002 Lyndon B. Johnson är det planerat att installera en högtemperatur supraledande synkronmotor med permanentmagneter med en effekt på 36,5 MW och en axelrotationshastighet på två varv per ger mig en sek. Den inledande driften av den ledande DDG-1000 Zumwalt sedan oktober förra året har åtföljts av många haverier. Huvudkraftverket havererade den 22 november 2016, medan jagaren passerade genom Panamakanalen. Det immobiliserade fartyget måste bogseras till basen med hjälp av vanliga fartyg, inte belastat med mångmiljondollars kraftverk av nymodig typ. "Delvis elektrisk framdrivning" Inser att det vid hög hastighet (över 18 knop) inte kommer att vara möjligt att radikalt minska fartygets buller (på grund av fenomenet propellerkavitation och andra skäl), är välkända inhemska designers av anti-ubåtsfartyg mer gynnsamma mot användningen av den så kallade "delelektriska framdrivningen". Observera att det första ordet i denna kombination tar bort den djupa touchen av "vetenskaplighet" och "innovation", så önskas av högnivåtjänstemäns och uppfinnares öron som törstar efter berömmelse och pengar, och därför uppfattas negativt av dem. en praktisk synvinkel, det är "partiell elektrisk framdrivning" representerar den mest intressanta riktningen för krigsfartyg. Förutom bullerreducering gör det också möjligt att förbättra fartygens manövrerbarhet, speciellt vid passage genom trånga platser, förtöjning etc. Användningen av en elmotor som växlingsanordning är önskvärd, eftersom det är möjligt att enkelt ställa in/ ändra frekvensen och rotationsriktningen för propelleraxeln och följaktligen fartygets hastighet och rörelseriktning. För närvarande används elektriska hjälpmotorer i stor utsträckning på flytande kranar, färjor, bogserbåtar och isbrytare.
Implementeringen av tillvägagångssättet för "partiell elektrisk framdrivning" på ett attackfartyg (till exempel en "förstörarklass") kan förkroppsligas i det faktum att gasturbiner för upprätthållandet kommer att förbli ombord (de kommer att ge hög effektivitet). Och i en "jakt"-situation kommer dessutom elmotorer att användas (eventuellt i kombination med dieselgeneratorer), som även kan användas för manövrering och/eller i "tyst gång", när det är nödvändigt för att säkerställa bättre driftsförhållanden för hydroakustik. Azipods Trots många komplicerande faktorer främjar entusiaster ihärdigt idéerna om elektrisk framdrivning och insisterar till och med på att helt överge klassiska propellrar till förmån för de så kallade "roderpropellerkomplexen" (RPC). Ett av alternativen för att implementera dem är användningen av en elektrisk dragmotor i en nedsänkt containerkåpa (podded drive), placerad utanför fartygets skrov.Ett exempel på en dragkontrollmotor är den så kallade azipod, föreslagen av ABB:s ingenjörer . De har praktiserat liknande lösningar sedan början av 90-talet av förra seklet. Ordet kommer från den patenterade engelska "förkortningen" Azipod (azimuting podded propulsion system), vilket indikerar ett system för att tillhandahålla framdrivning genom att spatialt orientera en kåpa med en propellerelektrisk motor. Azipods är mycket beröm av sina skapare, som outtröttligt förbättrar sin implementering i metall. Bland fördelarna med denna typ av propeller är följande: möjligheten till en fullständig horisontell sväng (i en vinkel på 360 grader) och omkastning av propellern (propellrar), vilket uttrycks i en märkbar ökning av bärarfartygets manövrerbarhet , speciellt när man rör sig i hamnen. För det lovande hangarfartyget i den franska flottan, möjligheten till ett kombinerat diesel-elektriskt/gasturbinkraftverk enligt CODLAG-schemat med två "echelons", vardera inklusive en 40 MW framdrivningsgasturbin , två 9-11 MW dieselgeneratorer, två 20 MW induktionsmotorer. Men franska sjömän vägrade att bygga ett sådant fartyg och beslutade att spendera flottans budget på Mistral amfibiehelikopterfartyg med ett dieselelektriskt kraftverk, inklusive en RVK med en 7 MW kraftframdrivningsmotor. Man tror att det ryska intresset för Mistral bland annat orsakades av närvaron av en avancerad version av azipoder, som senare kunde användas på fartyg från den ryska flottan av andra projekt.
Det är känt att elektriska framdrivningssystem används vid sjötransport av vapen "Akademik Kovalev". Den byggdes av Severodvinsk CS Zvezdochka och accepterades av flottan i december 2015. En speciell egenskap hos Project 20181, utvecklat av Almaz Central Marine Design Bureau, är framdrivningssystemet: dieselgeneratorer genererar elektrisk ström som driver elmotorer som en del av orienterbara roderkomplex Tack vare RPK har vapentransporten ökat manövrerbarheten och kan upprätthålla en given kurs under betydande sjöförhållanden, vilket gör det möjligt för den att framgångsrikt lösa problem , tillhandahållen av marinens kommando. För närvarande bygger Zvezdochka Design Center det andra fartyget i Akademik Makeev-projektet.

Utsikten att framtidens krigsfartyg kommer att utrustas med vapen byggda på nya fysiska principer bidrar till militärseglares växande intresse för ämnet elektrisk framdrivning. Själva idén, som går ut på att kombinera fartygets kraftverk och dess vapen till en enda krets baserad på elektrisk energi, verkar väldigt lockande. Detta innebär att detta ämne i allt högre grad studeras av ingenjörer och designers, inklusive vid ryska varvsföretag.

Vapensystem byggda på nya fysiska principer kan särskilt kallas lovande system som använder en elektromagnetisk puls för att tillfälligt eller till och med permanent inaktivera radar, radio och digitala system och datorer på fientliga fartyg. Dessutom verkar det möjligt att använda fartygets elektricitet för att avfyra och accelerera en projektil (railgun). Man bör inte bara glömma att alla sådana system kräver mycket stora reserver av elektrisk energi ombord på fartyget, liksom förmågan att återställa den eller hålla den på den nivå som krävs utan att fartyget kommer in i basen.

Numera används elmotorer på krigsfartyg både som en del av huvudkraftverket och som hjälpframdrivning. Eftersom moderna motorer är höghastighetsmotorer är det nödvändigt att placera en reduktionsväxel mellan dem och propellern; effektförlusterna i den kan nå upp till 2%. Och när det gäller det elektriska systemet är det nödvändigt att använda frekvensomformare och generatorer med en total verkningsgrad på mindre än 90%. Detta är lägre än för ett "rent mekaniskt" system (t.ex. gasturbin och huvudturboväxel). Därför verkar elektrisk framdrivning ekonomiskt olönsam.

En gång gav uppfinningen av den elektriska framdrivningsmotorn ett ganska kraftigt språng till hela utvecklingen av undervattensskeppsbyggnad, medan den i förhållande till ytstridsfartyg bara löser hjälpproblem. Trots detta försvinner inte entusiaster för den bredare användningen av "elektromagnetisk kraft" i flottan. I ett försök att väcka intresse för detta ämne introducerar de nya termer, till exempel "förlängd användning av elektrisk framdrivning." Det är möjligt att realisera full elektrisk framdrivning endast när propellern (eller annan framdrivningsanordning) endast drivs av en elektrisk motor i alla rörelsesätt av fartyget. Om det finns mekaniska energikällor ombord på fartyget (turbin, dieselmotor, etc.) som har förmågan att rotera propelleraxeln (oftast i höga hastigheter), då kan vi prata om "direktdrift med en elektrisk hjälpmotor, ” eller ”partiell elektrorörelse”.

"Full elektrisk framdrivning", som bygger på att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi och sedan tillbaka till mekanisk energi, minskar den totala effektiviteten. Detta måste både skeppsbyggare och sjömän ta hänsyn till. Det verkar som att det förväntade utseendet av elektromagnetiska kanoner (på fregatter, korvetter och jagare) och katapulter (på hangarfartyg) kommer att göra en del av de energiförluster som uppstår under omvandlingen från en typ till en annan motiverad och möjlig.

Litiumjonbatterier för ubåtar

I samband med den allmänna trenden mot att öka energiförbrukningen för olika fartygssystem (inklusive radar, styrsystem, ekolod och andra), måste konstruktörerna vara mer och mer uppmärksamma på frågan om att generera och lagra el. I detta avseende arbetar de vetenskapligt och tekniskt avancerade länderna i världen ganska aktivt med att skapa litiumjonbatterier med ökad kapacitet. Det finns några framgångar på detta område även i Ryssland.

Det är värt att notera att själva litiumjonbatteriet (Li-ion) först släpptes av Sony redan 1991, men under lång tid användes dessa batterier endast i den civila sektorn. Denna typ av batteri är nu mycket utbredd i alla hushållsapparater och elektronik, och finner även användning som energilagringsenhet i olika energisystem och som energikälla i elfordon. Idag är det den mest populära typen av batteri för enheter som bärbara datorer, mobiltelefoner, digitala videokameror och kameror och elfordon. Litiumjonbatterier har en bevisad meritlista vad gäller prestanda, men tills nyligen fanns det ingen användning för dem i flottan. Trots att sådana batterier har en rad viktiga fördelar gentemot klassiska syrabatterier, bland annat förmågan att motstå ökade urladdnings- och laddningsströmmar, ökad kapacitet, längre livscykel, lägre driftskostnader m.m.

Naturligtvis kunde allt detta inte hålla sig på avstånd från designers av marinutrustning. Till exempel, i slutet av 2014, tillkännagav den ryska centrala designbyrån Rubin, specialiserad på design av ubåtar och den ledande undervattensfartygsbyggnadsbyrån i vårt land, det framgångsrika slutförandet av en testcykel av nya litiumjonbatterier avsedda för icke- atomubåtar. Generaldirektören för Rubin Central Design Bureau, Igor Vilnit, berättade för reportrar om detta då. Sådana batterier ökar avsevärt ubåtarnas autonomi, har en lång livslängd och kräver inte heller komplex utrustning för underhåll och drift. Samtidigt använder den ryska flottan uppladdningsbara batterier, vars livslängd är begränsad, och priset, enligt experter, kan nå 300 miljoner rubel. Enligt Andrei Dyachkov, tidigare chef för Rubin Central Design Bureau, kommer moderna litiumjonbatterier att öka tiden som ubåtar stannar under vatten med minst 1,4 gånger, medan potentialen för denna tekniska idé för närvarande endast används med 35-40 %, RIA rapporterade.

Riktningen är lovande för flottan, detta har länge uppmärksammats över hela världen. Enligt resursen shephardmedia.com, i mars 2020, kommer den japanska sjöns självförsvarsstyrka att ta i bruk världens första icke-nukleära ubåt (den 11:e i Soryu-klassens ubåtsserie), som kommer att ta emot litiumjonbatterier. Detta kommer att tillåta japanerna att överge användningen av inte bara traditionella blybatterier på ubåtar, utan även luftoberoende Stirling-motorer.

Japansk icke-nukleär ubåt SS 503 Hakuryū av Soryu-klassen.

Enligt den pensionerade viceamiralen Masao Kobayashi borde användningen av litiumjonbatterier "drastiskt förändra prestandan hos icke-kärntekniska ubåtar." Sådana batterier ger ubåtar en undervattenskryssningslängd som är jämförbar med kryssningslängden vid användning av luftoberoende kraftverk (VNEU) vid låga hastigheter, men på grund av sin höga kapacitet kan de ge en ganska lång undervattenskryssningslängd vid höga hastigheter , vilket är särskilt viktigt för ubåtar när de går till attack eller när de undviker fienden. Dessutom, till skillnad från VNEU, kan ubåten ständigt fylla på energireserven i litiumjonbatterierna genom att ladda batterierna med hjälp av RDP-enheten (en anordning för att driva motorn under vatten).

Enligt viceamiral Kobayashi har litiumjonbatterier också kortare laddningstider än blybatterier på grund av deras högre laddningsström. Sådana batterier är också mer hållbara, och elektriska kretsar som använder dem är lättare att bygga elektriska nätverk och styra. Den andra sidan av myntet är den höga kostnaden för litiumjonbatterier. Så kontraktspriset för den 11:e ubåten av Soryu-klassen är 64,4 miljarder yen (cirka 566 miljoner dollar), mot 51,7 miljarder yen (454 miljoner dollar) för den tionde ubåten av samma typ. Nästan hela skillnaden i priset på ubåtar kommer att bero på litiumjonbatterier och relaterade elektriska system.

Användning av framdrivningsmotorer

För militärseglare är det mycket viktigt att minska demaskering av skyltar. Detta underlättas bäst genom användningen av en framdrivningselektrisk motor (PEM), som anses vara den tystaste av alla fartygsframdrivningssystem som är vanliga idag. Det är sant att för ett ytfartyg är det inte lika viktigt att minska det akustiska fältet som för ubåtsflottan. Saken är att den huvudsakliga avslöjande faktorn för ytfartyg är synlighet i radar (radiovågor reflekteras väl från överbyggnader och sidor), samt infraröda fält (kraftverket är byggt på basis av en förbränningsmotor).

Därför, för ytfartyg, verkar den mest relevanta minskningen inom det hydroakustiska området vara för specialiserade fartyg - anti-ubåtsfartyg (patruller). Oftast söker de efter fiendens ubåtar i låg och medelhastighet - inte mer än 15 knop (cirka 28 km/h) med hjälp av hydroakustiska system med släp-, dränkbara och underkölade antenner. Räckvidden för sådana antenner beror direkt på "porträtten" av vibrationer och brus på transportfartyget; ju lägre fartygets hastighet är, desto mer effektivt fungerar antennerna.

Framdrivningsmotormodell, render realred.ru

Det är lägre buller som är den främsta fördelen med installationer med elektrisk framdrivning. Inget annat kraftverk kan göras mindre bullrigt än en anläggning med elmotor. I det här fallet görs ett betydande bidrag till fartygets totala buller "bakgrund" av propelleraxeln, som är stelt ansluten till huvudmotorerna genom en växellåda. För att minska detta ljud används speciella kopplingar. Dessutom överförs motorernas vibrationer till skrovplåten (fartygsmotorer, växellådor och mekanismer är placerade på ett fundament som är stelt förbundet med skrovramen, som i sin tur är ansluten till skrovplätering). Det är fartygets skrov som avger vibrationer i den yttre miljön (vatten), och detta är källan till buller, som kallas strukturellt buller. För att minska "strukturellt buller" är det allmänt praktiserat att installera alla mekanismer på stötdämpare.

I kraftverk med full elektrisk framdrivning är propelleraxeln inte på något sätt ansluten till den huvudsakliga (för den) bullerkällan - huvudmotorn, eftersom den i alla framdrivningslägen endast roteras av en elektrisk motor. Dessutom, i det "elektriska" huvudkraftverket, kan generatorn tillsammans med drivmotorn placeras även i fartygets överbyggnad (till exempel är det så här några av dieselgeneratorerna är placerade på de brittiska Project 23-fregatten) , ta bort dem så långt som möjligt från fartygets yttre skrov.

Det är sant att med en hastighet på mer än 15 knop slutar alla fördelar med elektrisk framdrivning när det gäller ljudlöshet av en sådan rörelse. Detta beror på det faktum att huvudkomponenten i undervattensbuller (på något avstånd från fartyget) är bullret från propellerkavitation. Därför är det vettigt att på krigsfartyg bekämpa bullerreduktion från kraftverk endast i hastigheter upp till 15 knop. Därför kan användningen av elektrisk framdrivning endast användas för att förse fartyget med en sökrörelse, som är lämplig för anti-ubåtsfartyg.

Idag finns det exempel där enskilda konstruktörer försökte minska den akustiska signaturen hos krigsfartyg genom att minska längden på axlarna, med argumentet att en sådan lösning uppnås genom korrekt placering av kraftverkselement inuti krigsfartygets skrov och överbyggnad. Några av dessa lösningar implementerades faktiskt i praktiken, till exempel på de brittiska typ 45 Daring jagarna, vars kraftverk består av 2 Rolls-Royce gasturbiner, ett par Wärtsilä dieselgeneratorer och Converteam elmotorer. Från 2003 till 2011 byggdes 6 sådana jagare för KVMS.

Typ 45 jagare vågad

I USA pågår konstruktionen av nya lovande jagare, kallade Zumwalt, aktivt. Arbetet startade redan 2008, det ledande fartyget i serien togs i bruk i oktober 2016. Fartygets kraftverk inkluderar gasturbiner och asynkrona elmotorer med en effekt på 36,5 MW med en driftspänning på 6600 V. Det är planerat att installera en högtemperatur supraledande synkronmotor med permanentmagneter på det tredje fartyget av DDG-1002 Lyndon B. Johnson-serien, dess effekt kommer att vara densamma 36,5 MW, och axelns rotationshastighet är 2 varv per sekund. Samtidigt visade den första operationen av den nya generationens jagare för hela världen att den fortfarande är opålitlig och lider av barnsjukdomar; dess drift åtföljs av många haverier. Så den 22 november 2016 havererade jagaren Zumwalts kraftverk när det passerade genom Panamakanalen. Det immobiliserade fartyget måste bogseras till basen med de vanligaste bogserbåtarna, som inte belastades med nya typer av kraftverk.

En annan positiv egenskap hos elektrisk framdrivning, förutom att minska buller, är att öka fartygens manövrerbarhet. För både en gasturbin och en dieselmotor finns ett lägsta effektvärde, och därför finns det ett lägsta hållbart varvtalsvärde. Medan du med hjälp av en elmotor kan ganska enkelt ändra frekvensen och rotationsriktningen för propelleraxeln, och därför hastigheten och rörelseriktningen för fartyget. Tack vare detta har huvudkraftverket med elmotor använts ganska länge på de fartyg som enligt sitt syfte måste ha största möjliga manövrerbarhet: bogserbåtar, färjor, isbrytare, flytkranar m.m.

Azipods

I framtiden kan en annan otvivelaktig fördel med elektrisk framdrivning för krigsfartyg vara att man överger användningen av propelleraxlar. Sedan 1992 började propeller-roderkomplex (RPC) med en nedsänkt propellermotor (podded drive) användas ganska flitigt som elektriska framdrivningsmotorer (PEM), där PPM flyttades utanför fartygets skrov och installerades i en undervattenskapsel ( kokong) med höga hydrodynamiska egenskaper.

Azipod - azimuting podded framdrivningssystem

Typiska propellrar skapas med antingen en dragkraft eller två koaxialskruvar (dragkraft och dragkraft). I vårt land är de mest utbredda finska system under beteckningen "Azipod" (Azipod - azimuting podded framdrivningssystem) med en tryckskruv och en motor med en effekt på 1,5 till 4,5 MW. De viktigaste fördelarna med propellern är: förmågan att rotera kapseln i ett horisontellt plan med 360 grader på en gång, det vill säga vända propellerns rotationsriktning med 100% effekt; axlar och förmågan att driva en propeller med fast stigning vid låga hastigheter (upp till 0,1 från normalt). Dessutom låter VRK dig avsevärt minska nivån av vibrationer och buller från kraftverket, samt installera elektrisk kraftutrustning på platser som är svåra att komma åt för lastplacering, vilket i sin tur gör det möjligt för designers att använda den användbara utrymmet på fartyget mer effektivt.

Den mest effektiva strömkällan för propellrar kallas växelströmsnätverket, vilket gör det möjligt att inte bara öka effektiviteten och tillförlitligheten hos huvudkraftverket, utan också använda asynkronmotorer utrustade med en ekorrburrotor och som inte kräver underhåll under drift för att driva propellern. För att förbättra startegenskaperna hos en asynkron drivning används ofta djupslits- och dubbelburrotorer av speciell design. Hastigheten på propellern i system som kallas Azipod kan justeras med hjälp av tyristor frekvensomvandlare. Användningen av propellerkontrollsystem ökar i praktiken markant fartygens manövrerbarhet och tillåter även ganska stora att navigera i hamnen utan hjälp från bogserbåtar. Dessutom ökar frånvaron av propelleraxlar den användbara volymen i fartygets skrov.

Det är känt att elektriska framdrivningssystem användes på den ryska vapentransporten Akademik Kovalev, som byggdes vid Zvyozdochka CS i Severodvinsk och accepterades i flottan i december 2015. En speciell egenskap hos fartyget Project 20180TV, skapat av specialister från Almaz Central Marine Design Bureau, var dess framdrivningssystem: fartygets dieselgeneratorer genererar elektricitet, som driver elmotorerna som en del av de orienterbara roderkomplexen. Tack vare närvaron av ett militärt kontrollsystem på fartyget kännetecknas denna vapentransport av ökad manövrerbarhet; den kan upprätthålla en given kurs under betydande sjöförhållanden och framgångsrikt lösa de uppgifter som tilldelats den av marinens kommando. För närvarande bygger Zvezdochka Design Center ett andra fartyg inom ramen för samma projekt.

Experter tror att undervattens- och ytfartyg med elektrisk framdrivning, de vanligaste idag, bara kommer att förbättras i framtiden, särskilt med tanke på den allt mer utbredda användningen av propeller-rodersystem. Samtidigt kommer elektrisk framdrivning på örlogsfartyg i alla världens länder att bli allt mer utbredd i framtiden.

Informationskällor:
https://tvzvezda.ru/news/opk/content/201706150803-999y.htm
http://bmpd.livejournal.com/2443028.html
http://www.arms-expo.ru/news/perspektivnye_razrabotki/tskb_rubin_litievye_batarei_dlya_podlodok_proshli_ispytaniya
Tseluiko I.G. Utveckling av elektrisk framdrivning av militära flottor i världen // Ung vetenskapsman. - 2012. - Nr 4. - s. 54-57.

Utsikten att framtidens krigsfartyg kommer att utrustas med vapen byggda på nya fysiska principer bidrar till militärseglares växande intresse för ämnet elektrisk framdrivning. Själva idén, som går ut på att kombinera fartygets kraftverk och dess vapen till en enda krets baserad på elektrisk energi, verkar väldigt lockande. Detta innebär att detta ämne i allt högre grad studeras av ingenjörer och designers, inklusive vid ryska varvsföretag.

Vapensystem byggda på nya fysiska principer kan särskilt kallas lovande system som använder en elektromagnetisk puls för att tillfälligt eller till och med permanent inaktivera radar, radio och digitala system och datorer på fientliga fartyg. Dessutom verkar det möjligt att använda fartygets elektricitet för att avfyra och accelerera en projektil (railgun). Man bör inte bara glömma att alla sådana system kräver mycket stora reserver av elektrisk energi ombord på fartyget, liksom förmågan att återställa den eller hålla den på den nivå som krävs utan att fartyget kommer in i basen.

Numera används elmotorer på krigsfartyg både som en del av huvudkraftverket och som hjälpframdrivning. Eftersom moderna motorer är höghastighetsmotorer är det nödvändigt att placera en reduktionsväxel mellan dem och propellern; effektförlusterna i den kan nå upp till 2%. Och när det gäller det elektriska systemet är det nödvändigt att använda frekvensomformare och generatorer med en total verkningsgrad på mindre än 90%. Detta är lägre än för ett "rent mekaniskt" system (t.ex. gasturbin och huvudturboväxel). Därför verkar elektrisk framdrivning ekonomiskt olönsam.

En gång gav uppfinningen av den elektriska framdrivningsmotorn ett ganska kraftigt språng till hela utvecklingen av undervattensskeppsbyggnad, medan den i förhållande till ytstridsfartyg bara löser hjälpproblem. Trots detta försvinner inte entusiaster för den bredare användningen av "elektromagnetisk kraft" i flottan. I ett försök att väcka intresse för detta ämne introducerar de nya termer, till exempel "förlängd användning av elektrisk framdrivning."

Full elektrisk framdrivning kan endast realiseras när propellern (eller annan framdrivningsanordning) i alla fartygsrörelselägen endast drivs av en elektrisk motor. Om det finns mekaniska energikällor ombord på fartyget (turbin, dieselmotor, etc.) som har förmågan att rotera propelleraxeln (oftast i höga hastigheter), då kan vi prata om "direktdrift med en elektrisk hjälpmotor, ” eller ”partiell elektrorörelse”.

"Full elektrisk framdrivning", som bygger på att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi och sedan tillbaka till mekanisk energi, minskar den totala effektiviteten. Detta måste både skeppsbyggare och sjömän ta hänsyn till. Det verkar som att det förväntade utseendet av elektromagnetiska kanoner (på fregatter, korvetter och jagare) och katapulter (på hangarfartyg) kommer att göra en del av de energiförluster som uppstår under omvandlingen från en typ till en annan motiverad och möjlig.

Litiumjonbatterier för ubåtar

I samband med den allmänna trenden mot att öka energiförbrukningen för olika fartygssystem (inklusive radar, styrsystem, ekolod och andra), måste konstruktörerna vara mer och mer uppmärksamma på frågan om att generera och lagra el. I detta avseende arbetar de vetenskapligt och tekniskt avancerade länderna i världen ganska aktivt med att skapa litiumjonbatterier med ökad kapacitet. Det finns några framgångar på detta område även i Ryssland.

Det är värt att notera att själva litiumjonbatteriet (Li-ion) först släpptes av Sony redan 1991, men under lång tid användes dessa batterier endast i den civila sektorn. Denna typ av batteri är nu mycket utbredd i alla hushållsapparater och elektronik, och finner även användning som energilagringsenhet i olika energisystem och som energikälla i elfordon. Idag är det den mest populära typen av batteri för enheter som bärbara datorer, mobiltelefoner, digitala videokameror och kameror och elfordon.

Litiumjonbatterier har en bevisad meritlista vad gäller prestanda, men tills nyligen fanns det ingen användning för dem i flottan. Trots att sådana batterier har en rad viktiga fördelar gentemot klassiska syrabatterier, bland annat förmågan att motstå ökade urladdnings- och laddningsströmmar, ökad kapacitet, längre livscykel, lägre driftskostnader m.m.

Naturligtvis kunde allt detta inte hålla sig på avstånd från designers av marinutrustning. Till exempel, i slutet av 2014, tillkännagav den ryska centrala designbyrån Rubin, specialiserad på design av ubåtar och den ledande undervattensfartygsbyggnadsbyrån i vårt land, det framgångsrika slutförandet av en testcykel av nya litiumjonbatterier avsedda för icke- atomubåtar. Generaldirektören för Rubin Central Design Bureau, Igor Vilnit, berättade för reportrar om detta då. Sådana batterier ökar avsevärt ubåtarnas autonomi, har en lång livslängd och kräver inte heller komplex utrustning för underhåll och drift.

Samtidigt använder den ryska flottan uppladdningsbara batterier, vars livslängd är begränsad, och priset, enligt experter, kan nå 300 miljoner rubel. Enligt Andrei Dyachkov, tidigare chef för Rubin Central Design Bureau, kommer moderna litiumjonbatterier att öka tiden som ubåtar stannar under vatten med minst 1,4 gånger, medan potentialen för denna tekniska idé för närvarande endast används med 35-40 %, RIA Novosti rapporterade.

Riktningen är lovande för flottan, detta har länge uppmärksammats över hela världen. Enligt resursen shephardmedia.com, i mars 2020, kommer den japanska sjöns självförsvarsstyrka att ta i bruk världens första icke-nukleära ubåt (den 11:e i Soryu-klassens ubåtsserie), som kommer att ta emot litiumjonbatterier. Detta kommer att tillåta japanerna att överge användningen av inte bara traditionella blybatterier på ubåtar, utan även luftoberoende Stirling-motorer.

Japansk icke-nukleär ubåt SS 503 Hakuryū av Soryu-klassen.

Enligt den pensionerade viceamiralen Masao Kobayashi borde användningen av litiumjonbatterier "drastiskt förändra prestandan hos icke-kärntekniska ubåtar." Sådana batterier ger ubåtar en undervattenskryssningslängd som är jämförbar med kryssningslängden vid användning av luftoberoende kraftverk (VNEU) vid låga hastigheter, men på grund av sin höga kapacitet kan de ge en ganska lång undervattenskryssningslängd vid höga hastigheter , vilket är särskilt viktigt för ubåtar när de går till attack eller när de undviker fienden. Dessutom, till skillnad från VNEU, kan ubåten ständigt fylla på energireserven i litiumjonbatterierna genom att ladda batterierna med hjälp av RDP-enheten (en anordning för att driva motorn under vatten).

Enligt viceamiral Kobayashi har litiumjonbatterier också kortare laddningstider än blybatterier på grund av deras högre laddningsström. Sådana batterier är också mer hållbara, och elektriska kretsar som använder dem är lättare att bygga elektriska nätverk och styra. Den andra sidan av myntet är den höga kostnaden för litiumjonbatterier. Så kontraktspriset för den 11:e ubåten av Soryu-klassen är 64,4 miljarder yen (cirka 566 miljoner dollar), mot 51,7 miljarder yen (454 miljoner dollar) för den tionde ubåten av samma typ. Nästan hela skillnaden i priset på ubåtar kommer att bero på litiumjonbatterier och relaterade elektriska system.

Användning av framdrivningsmotorer

För militärseglare är det mycket viktigt att minska demaskering av skyltar. Detta underlättas bäst genom användningen av en framdrivningselektrisk motor (PEM), som anses vara den tystaste av alla fartygsframdrivningssystem som är vanliga idag. Det är sant att för ett ytfartyg är det inte lika viktigt att minska det akustiska fältet som för ubåtsflottan. Saken är att den huvudsakliga avslöjande faktorn för ytfartyg är synlighet i radar (radiovågor reflekteras väl från överbyggnader och sidor), samt infraröda fält (kraftverket är byggt på basis av en förbränningsmotor).

Därför, för ytfartyg, verkar den mest relevanta minskningen inom det hydroakustiska området vara för specialiserade fartyg - anti-ubåtsfartyg (patruller). Oftast söker de efter fiendens ubåtar i låg och medelhastighet - inte mer än 15 knop (cirka 28 km/h) med hjälp av hydroakustiska system med släp-, dränkbara och underkölade antenner. Räckvidden för sådana antenner beror direkt på "porträtten" av vibrationer och brus på transportfartyget; ju lägre fartygets hastighet är, desto mer effektivt fungerar antennerna.

HED modell

Det är lägre buller som är den främsta fördelen med installationer med elektrisk framdrivning. Inget annat kraftverk kan göras mindre bullrigt än en anläggning med elmotor. I det här fallet görs ett betydande bidrag till fartygets totala buller "bakgrund" av propelleraxeln, som är stelt ansluten till huvudmotorerna genom en växellåda. För att minska detta ljud används speciella kopplingar. Dessutom överförs motorernas vibrationer till skrovplåten (fartygsmotorer, växellådor och mekanismer är placerade på ett fundament som är stelt förbundet med skrovramen, som i sin tur är ansluten till skrovplätering). Det är fartygets skrov som avger vibrationer i den yttre miljön (vatten), och detta är källan till buller, som kallas strukturellt buller. För att minska "strukturellt buller" är det allmänt praktiserat att installera alla mekanismer på stötdämpare.

I kraftverk med full elektrisk framdrivning är propelleraxeln inte på något sätt ansluten till den huvudsakliga (för den) bullerkällan - huvudmotorn, eftersom den i alla framdrivningslägen endast roteras av en elektrisk motor. Dessutom, i det "elektriska" huvudkraftverket, kan generatorn tillsammans med drivmotorn placeras även i fartygets överbyggnad (till exempel är det så här några av dieselgeneratorerna är placerade på de brittiska Project 23-fregatten) , ta bort dem så långt som möjligt från fartygets yttre skrov.

Det är sant att med en hastighet på mer än 15 knop slutar alla fördelar med elektrisk framdrivning när det gäller ljudlöshet av en sådan rörelse. Detta beror på det faktum att huvudkomponenten i undervattensbuller (på något avstånd från fartyget) är bullret från propellerkavitation. Därför är det vettigt att på krigsfartyg bekämpa bullerreduktion från kraftverk endast i hastigheter upp till 15 knop. Därför kan användningen av elektrisk framdrivning endast användas för att förse fartyget med en sökrörelse, som är lämplig för anti-ubåtsfartyg.

Idag finns det exempel där enskilda konstruktörer försökte minska den akustiska signaturen hos krigsfartyg genom att minska längden på axlarna, med argumentet att en sådan lösning uppnås genom korrekt placering av kraftverkselement inuti krigsfartygets skrov och överbyggnad. Vissa av dessa lösningar har faktiskt implementerats i praktiken, till exempel på brittiska, vars kraftverk består av 2 Rolls-Royce gasturbiner, ett par Wärtsilä dieselgeneratorer och Converteam elmotorer. Från 2003 till 2011 byggdes 6 sådana jagare för KVMS.

Typ 45 jagare vågad

I USA, byggandet av lovande ny generation jagare, utsedda . Arbetet startade redan 2008, det ledande fartyget i serien togs i bruk i oktober 2016. Fartygets kraftverk inkluderar gasturbiner och asynkrona elmotorer med en effekt på 36,5 MW med en driftspänning på 6600 V. Det är planerat att installera en högtemperatur supraledande synkronmotor med permanentmagneter på det tredje fartyget av DDG-1002 Lyndon B. Johnson-serien, dess effekt kommer att vara densamma 36,5 MW, och axelns rotationshastighet är 2 varv per sekund.

Samtidigt visade den första operationen av den nya generationens jagare för hela världen att den fortfarande är opålitlig och lider av barnsjukdomar; dess drift åtföljs av många haverier. Så den 22 november 2016 havererade jagaren Zumwalts kraftverk när det passerade genom Panamakanalen. Det immobiliserade fartyget måste bogseras till basen med de vanligaste bogserbåtarna, som inte belastades med nya typer av kraftverk.

En annan positiv egenskap hos elektrisk framdrivning, förutom att minska buller, är ökad manövrerbarhet hos fartyg. För både en gasturbin och en dieselmotor finns ett lägsta effektvärde, och därför finns det ett lägsta hållbart varvtalsvärde. Medan du med hjälp av en elektrisk motor kan ganska enkelt ändra frekvensen och rotationsriktningen för propelleraxeln, och därför hastigheten och rörelseriktningen för fartyget. Tack vare detta har huvudkraftverket med elmotor använts ganska länge på de fartyg som enligt sitt syfte måste ha största möjliga manövrerbarhet: bogserbåtar, färjor, isbrytare, flytkranar m.m.

Azipods

I framtiden kan en annan otvivelaktig fördel med elektrisk framdrivning för krigsfartyg vara att man överger användningen av propelleraxlar. Sedan 1992 började propeller-roderkomplex (RPC) med en nedsänkt propellermotor (podded drive) användas ganska flitigt som elektriska framdrivningsmotorer (PEM), där PPM flyttades utanför fartygets skrov och installerades i en undervattenskapsel ( kokong) med höga hydrodynamiska egenskaper.

Azipod - azimuting podded framdrivningssystem

Typiska propellrar skapas med antingen en dragkraft eller två koaxialskruvar (dragkraft och dragkraft). I vårt land är de mest utbredda finska system under beteckningen "Azipod" (Azipod - azimuting podded framdrivningssystem) med en tryckskruv och en motor med en effekt på 1,5 till 4,5 MW. De viktigaste fördelarna med propellern är: förmågan att rotera kapseln i ett horisontellt plan med 360 grader på en gång, det vill säga vända propellerns rotationsriktning med 100% effekt; axlar och förmågan att driva en propeller med fast stigning vid låga hastigheter (upp till 0,1 från normalt). Dessutom låter VRK dig avsevärt minska nivån av vibrationer och buller från kraftverket, samt installera elektrisk kraftutrustning på platser som är svåra att komma åt för lastplacering, vilket i sin tur gör det möjligt för designers att använda den användbara utrymmet på fartyget mer effektivt.

Den mest effektiva strömkällan för propellrar kallas växelströmsnätverket, vilket gör det möjligt att inte bara öka effektiviteten och tillförlitligheten hos huvudkraftverket, utan också använda asynkronmotorer utrustade med en ekorrburrotor och som inte kräver underhåll under drift för att driva propellern. För att förbättra startegenskaperna hos en asynkron drivning används ofta djupslits- och dubbelburrotorer av speciell design. Hastigheten på propellern i system som kallas Azipod kan justeras med hjälp av tyristor frekvensomvandlare. Användningen av propellerkontrollsystem ökar i praktiken markant fartygens manövrerbarhet och tillåter även ganska stora att navigera i hamnen utan hjälp från bogserbåtar. Dessutom ökar frånvaron av propelleraxlar den användbara volymen i fartygets skrov.

Det är känt att elektriska framdrivningssystem användes på den ryska vapentransporten Akademik Kovalev, som byggdes vid Zvyozdochka CS i Severodvinsk och accepterades i flottan i december 2015. En speciell egenskap hos fartyget Project 20180TV, skapat av specialister från Almaz Central Marine Design Bureau, var dess framdrivningssystem: fartygets dieselgeneratorer genererar elektricitet, som driver elmotorerna som en del av de orienterbara roderkomplexen. Tack vare närvaron av ett militärt kontrollsystem på fartyget kännetecknas denna vapentransport av ökad manövrerbarhet; den kan upprätthålla en given kurs under betydande sjöförhållanden och framgångsrikt lösa de uppgifter som tilldelats den av marinens kommando. För närvarande bygger Zvezdochka Design Center ett andra fartyg inom ramen för samma projekt.

Experter tror att undervattens- och ytfartyg med elektrisk framdrivning, de vanligaste idag, bara kommer att förbättras i framtiden, särskilt med tanke på den allt mer utbredda användningen av propeller-rodersystem. Samtidigt kommer elektrisk framdrivning på örlogsfartyg i alla världens länder att bli allt mer utbredd i framtiden.