Энергосиловые установки торпед

 

Энергосиловые установки (ЭСУ) торпед предназначены для придания торпедам движения с определённой скоростью на установленную дистанцию, а также обеспечения энергией систем и агрегатов торпеды.

Принцип действия ЭСУ любого типа состоит в преобразовании того или иного вида энергии в механическую работу.

По виду используемой энергии ЭСУ подразделяются:

- на парогазовые (тепловые);

- электрические;

- реактивные.

В состав каждой ЭСУ входят:

- источник энергии;

- двигатель;

- движитель;

- вспомогательное оборудование.

 

 

Парогазовые ЭСУ торпед

ПГЭСУ торпед являются разновидностью тепловой машины (рис. 2.1). Источником энергии в тепловых ЭСУ является топливо, представляющее собою совокупность горючего и окислителя.

 

Используемые в современных торпедах виды топлива могут быть:

- многокомпонентными (горючее – окислитель – вода) (рис.2.2);

- унитарными (горючее смешано с окислителем – вода);

- твёрдые пороховые;

- твёрдые гидрореагирующие.

 

Тепловая энергия топлива образуется в результате химической реакции окисления или разложения веществ, входящих в его состав.

Температура сгорания топлива составляет 3000…4000°C. При этом возникает возможность размягчения материалов, из которых изготовлены отдельные узлы ЭСУ. Поэтому вместе с топливом в камеру сгорания подают воду, что снижает температуру продуктов сгорания до 600…800°C. Кроме того, впрыскивание пресной воды увеличивает объём парогазовой смеси, что существенно повышает мощность ЭСУ.

В первых торпедах использовалось топливо, включавшее в себя керосин и сжатый воздух в качестве окислителя. Такой окислитель оказался малоэффективным из-за низкого содержания кислорода. Составная часть воздуха – азот, не растворимая в воде, выбрасывалась за борт и являлась причиной демаскирующего торпеду следа. В настоящее время в качестве окислителей используют чистый сжатый кислород или маловодную перекись водорода. При этом продуктов сгорания, не растворимых в воде, почти не образуется и след практически не заметен.

Применение жидких унитарных топлив позволило упростить топливную систему ЭСУ и улучшить условия эксплуатации торпед.

Твёрдые топлива, являющиеся унитарными, могут быть мономолекулярными или смесевыми. Чаще используются последние. Они состоят из органического горючего, твёрдого окислителя и различных добавок. Количество выделяемого при этом тепла можно регулировать количеством подаваемой воды. Применение таких видов топлива исключает необходимость нести на борту торпеды запас окислителя. Это снижает массу  торпеды,  что  значительно  повышает  скорость  и  дальность  её

хода.

Двигатель парогазовой торпеды, в котором тепловая энергия преобразуется в механическую работу вращения гребных винтов, является одним из её главных агрегатов. Он определяет основные тактико-технические данные торпеды – скорость, дальность, следность, шумность.

Торпедные двигатели имеют ряд особенностей, которые отражаются на их конструкции:

- кратковременность работы;

- минимальное время выхода на режим и строгое его постоянство;

- работа в водной среде с высоким противодавлением выхлопу;

- минимальные масса и габариты при большой мощности;

- минимальный расход топлива.

Торпедные двигатели подразделяются на поршневые и турбинные. В настоящее время наибольшее распространение получили последние (рис. 2.3).

Энергокомпоненты подаются в парогазогенератор, где поджигаются зажигательным патроном. Образующаяся парогазовая смесь под дав
лением поступает на лопатки турбины, где, расширяясь, совершает работу. Вращение колеса турбины через редуктор и дифференциал передается на внутренний и внешний гребные валы, вращающиеся в противоположные стороны.

В качестве движителей большинства современных торпед используются гребные винты. Передний винт – на наружном валу с правым вращением, задний – на внутреннем – с левым. Благодаря этому уравновешиваются моменты сил, отклоняющих торпеду от заданного направления движения.

Эффективность двигателей характеризуется величиной коэффициента полезного действия с учётом влияния гидродинамических свойств корпуса торпеды. Коэффициент снижается при достижении винтами   частоты   вращения,   при   которой   на   лопастях   начинается  

кавитация ¹. Одним из путей борьбы с этим вредным явлением стало
применение насадок на винты, позволяющее получить водомётный движитель (рис. 2.4).

 

К числу основных недостатков ЭСУ рассмотренного типа относятся:

     - высокая шумность связанная с большим числом быстро вращающихся массивных механизмов и наличием выхлопа;

     - снижение мощности двигателя и, как следствие, скорости хода торпеды с ростом глубины, обусловленное увеличением противодавления выхлопным газам;

     - постепенное уменьшение массы торпеды при её движении вследствие расхода энергокомпонентов;

     - агрессивность энергокомпонентов топлива.

Поиски путей, обеспечивающих исключение перечисленных недостатков, привели к созданию электрических ЭСУ.

 

Электрические ЭСУ торпед

 

Источниками энергии электрических ЭСУ являются химические вещества (рис. 2.5).

Химические источники тока должны отвечать ряду требований:

- допустимость высоких разрядных токов;

- работоспособность в широком интервале температур;

- минимальный саморазряд при хранении и отсутствие газовыделения;

 ¹ Кавитация – образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью. Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения.

- малые габариты и масса.

Наиболее широкое распространение в современных боевых торпедах нашли батареи одноразового действия.

Главным энергетическим показателем химического источника тока является его ёмкость – количество электричества, которое может отдать полностью заряженная батарея при разряде током определённой силы. Она зависит от материала, конструкции и величины активной массы пластин источников, разрядного тока, температуры, концентрации электро
лита и др.

Впервые в электрических ЭСУ были применены свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АБ). Их электроды: перекись свинца («-») и чистый губчатый свинец («+»), помещались в раствор серной кислоты. Удельная ёмкость таких батарей составляла 8 Вт · ч/кг массы, что в сравнении с химическими топливами было незначительной величиной. Торпеды с такими АБ имели малые скорость и дальность хода. Кроме этого, данные АБ имели высокий уровень саморазряда, а это требовало их периодической подзарядки при хранении на носителе, что было неудобно и небезопасно.

Следующим шагом в совершенствовании химических источников тока явилось применение щелочных АБ. В этих АБ в щелочной электролит помещались железоникелевые, кадмиево-никелевые или серебряно-цинковые электроды. Такие источники имели удельную ёмкость в 5-6 раз больше, чем свинцово-кислотные, что позволило резко увеличить скорость и дальность хода торпед. Их дальнейшее развитие привело к появлению одноразовых серебряно-магниевых батарей, использующих в качестве электролита забортную морскую воду. Удельная ёмкость таких источников возросла до 80 Вт · ч /кг, что вплотную приблизило скорости и дальности электрических торпед к аналогичным параметрам парогазовых.

Сравнительная характеристика источников энергии электрических торпед приведена в табл. 2.1.

 

Таблица 2.1

Параметр	Тип батареи
	Свинцово-кислотная	Кадмиево-нике-левая	Серебряно-цинковая		Серебряно-магниевая
			Многоразовая	Одноразовая
Абсолютная стоимость (в условных единицах)	1	6	23	23	31
Количество выстрелов	20	40	6	1	1
Стоимость одного выстрела (в условных единицах)	1	3	77	460	615

 

Двигателями электрических ЭСУ являются электродвигатели (ЭД) постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 2.6).

Большинство торпедных ЭД являются двигателями бирототивного типа, в которых якорь и магнитная система вращаются одновременно в противоположные стороны. Они имеют большую мощность и не нуждаются в дифференциале и редукторе, что значительно снижает шумность и увеличивает удельную мощность ЭСУ.

Движители электрических ЭСУ аналогичны движителям парогазовых торпед.

Достоинствами рассмотренных ЭСУ являются:

- низкая шумность;

- постоянная, не зависящая от глубины хода торпеды мощность;

- неизменность массы торпеды в течение всего времени её движения.

К недостаткам следует отнести:

- высокую стоимость источников энергии;

- несколько меньшую, чем у парогазовых, удельную мощность.

 

Реактивные ЭСУ торпед

Реактивные ЭСУ подразделяются:

- на ракетные;

- гидрореактивные.

Источниками энергии реактивных ЭСУ являются вещества, приведённые на рис. 2.7.

Они представляют собой топливные заряды, выполненные в виде цилиндрических шашек или стержней, состоящих из смеси комбинаций представленных веществ (горючего, окислителя и добавок). Эти смеси обладают свойствами пороха. Реактивные двигатели не имеют промежуточных элементов – механизмов и гребных винтов. Основные части такого двигателя – камера сгорания и реактивное сопло. В конце 80-х годов в некоторых торпедах начали использовать гидрореагирующие топлива – сложные по составу твёрдые вещества на основе алюминия, магния или лития. Подогретые до температуры плавления, они бурно реагируют с водой, выделяя большое количество энергии.