Как это устроено?..

См. также № 1, 3, 5/06

БЕСШУМНАЯ ПОДЛОДКА. Длина ядерной подлодки ВМФ США «Майами» около 110 м, масса 395 т, а сила тяги 35 000 л. с., но шумит она при движении под водой лишь немного сильнее работающего бытового холодильника. Океанские воды – это какофония шумов, которые создают волны, дождь, корабли и морские животные (особенно щёлкающая хвостом креветка). Шум от работы механизмов и гребных винтов подлодки выделяется из этой какофонии, поэтому, чтобы подлодку нельзя было обнаружить, нужно резко уменьшить распространение её собственных шумов (снизить шумность). Если этого не сделать, то противник может легко обнаружить судно с помощью специальных гидроакустических буёв, акустических мин, пассивных прослушивающих устройств и бортовых сонаров на кораблях и подлодках. Масса приспособлений, предназначенных для демпфирования и звукоизоляции шумов, составляет около половины массы всей подлодки. Сразу после погружения огромное число датчиков в подлодке (стоимостью в сумме 1 млрд долл.!) начинают анализировать каждый шорох и щелчок, возникающий из-за каких-нибудь неполадок на борту, например, из-за падения болта. за шумом на подлодке следят всегда и очень тщательно, пытаясь его минимизировать. Чтобы не дать себя обнаружить, командиры подлодок предпочитают прокладывать маршруты через холодные водовороты или чуть ниже глубины, где проходит граница между слоями морской воды с отличающимися свойствами, т.к. звук частично отражается от неё, ослабевая по пути к поверхности океана. Подлодки могут прятаться прямо под поверхностью воды, если идёт дождь или бушует шторм, и плавать в приполярных районах, где интенсивность грохота сталкивающихся и ломающихся льдин составляет 55–80 дБ. Подробная информация о том, как подлодки делают бесшумными, является особо секретной.

  • ПОДЛОДКИ не должны создавать акустический шум из-за кавитации, механических вибраций и турбулетных потоков.

  • ВОДОМЁТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ в новых подлодках заменил гребной винт. Движитель, похожий на турбину, создаёт меньше шума, меньше кавитирует и обладает большей тягой. Обтекатели уменьшают турбулентность вокруг самого движителя и корпуса подлодки.
  • ПЛИТЫ СТАНИНЫ СПЛОШНОГО ФУНДАМЕНТА двигателя, как резиновые подушки, демпфируют вибрации. Его огромная масса поглощает эти вибрации, ячеистая структура не даёт возникнуть резонансу, активные элементы, обеспечивающие обратную связь, гасят остальные частоты механических колебаний основания.

Знаете ли вы, что?..

  • СТАЛЬ. Чем на большей глубине подлодка находится, тем тяжелее её обнаружить. Но при погружении на каждые 100 м давление воды снаружи увеличивается на 10 атм. Поэтому корпус подлодки делают из никель-углеродного стального сплава с высоким пределом текучести, который может выдерживать давление до 5800 атм и плавать на глубинах до 540 м. Применение более прочных стальных сплавов, а также титана, может позволить подлодкам опускаться ещё глубже.
  • МОРСКОЙ МАГНИТ. Подводники долго возились с магнитогидродинамическим (МГД) движителем, и об этом рассказано в фильме «Охота за „Красным Октябрём”» (1990). Известно, что на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, которая изменяет траекторию её движения. Поэтому, если ионизировать морскую воду и направить по трубе перпендикулярно линиям мощного магнитного поля, то труба с водой станет вращаться, тем самым толкая лодку вперёд. Такая система была бы практически бесшумной, т.к. нет гребных винтов, приводного вала и тяжёлых шестерней. Однако мощность моделей таких движителей пока очень низкая, хотя в Японии уже создана 30-метровая подлодка с МГД-движителем.
  • СУПЕРГЛАДКИЙ. Для того чтобы уменьшить кавитацию, обычный гребной винт диаметром 6 м и весом 41 т стараются сделать как можно более гладким. На это уходят недели фрезеровки на станках и месяцы ручной полировки.
  • НАРУЖНЫЕ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЕ ПЛИТКИ толщиной 10 см поглощают шумы, генерируемые стальным корпусом подлодки, толщина которого составляет 7,5 см. Чтобы лучше поглощать частоты, возникающие при работе близлежащих механизмов, используется развязывающий (или разделительный) слой, представляющий собой эластомер (эластичный полимер) с пустотами разных размеров. Внешний слой, который может быть ячеистой структурой, служит для уменьшения эхо-сигналов и поглощает акустические импульсы «чужих» сонаров, пытающихся обнаружить подлодку. Внутри подлодки некоторые особенно шумящие системы могут быть окружены со всех сторон звукопоглощающими плитками.

  • ВРАЩАЮЩИЙСЯ ГРЕБНОЙ ВИНТ создаёт быстро движущиеся водяные потоки и, следовательно, зоны низкого давления, в которых быстро растут и схлопываются уже при обычной температуре кавитационные пузырьки, что приводит к возникновению звука, похожего на щелчок пальцами. Уменьшить кавитацию позволяют специальная форма винта и метод его изготовления. Кавитация также уменьшается при увеличении гидростатического давления, поэтому подлодки предпочитают плавать на большой глубине.

  • СКОРОСТЬ ЗВУКА увеличивается на 1,7 м/с при погружении на каждые 100 м из-за увеличения гидростатического давления. В то же время скорость звука уменьшается с глубиной, т.к. температура воды понижается. На глубинах более 1000 м температура океанской воды постоянна, составляя около 2 °С. В результате скорость звука довольно сложным образом изменяется с глубиной, определяя преломление звуковых волн, области, где могут распространяться сигналы сонаров, а также время распространения этих сигналов. Скорость звука от глубины вблизи поверхности сильно зависит от внешних условий: погоды, уровня солнечного излучения, температуры воды, охлаждения воды из-за тепловых потерь на излучение. Избегая риска быть обнаруженным, подлодки могут плавать в холодных слоях с водоворотами или чуть ниже границы слоёв, сильно различающихся по температуре, т.к. при этих условиях шумы подлодки и сигналы сонаров рассеиваются.

Scientific American, 2004, v. 290, № 6 (June), p. 52–53.
Сокр. пер. с англ. К.Ю.БОГДАНОВА

Рисунок художника Ю.ИвановаОТ РЕДАКЦИИ. Об истории развития подводного судостроения, в том числе отечественного, а также о проблемах плавания под водой и вопросах гидробионики можно прочитать на сайте http://shipandship.chat.ru/neptun. Приводим рисунок художника Ю.Иванова «Строительство "потаённого судна" Никонова» – первой отечественной подлодки, придуманной в 1718 г. крестьянином из подмосковного села Покровское Ефимом Прокопьевичем Никоновым, плотником на казённой верфи Петра I. К сожалению, первые испытания этого судна прошли неудачно, а со смертью царя строительство и вовсе было прекращено. Аналогичная судьба, несмотря на удачные испытания, постигла и западного изобретателя Р.Фултона в 1800 г. – ему отказал морской министр правительства Наполеона Бонапарта, мотивируя это так: «Нельзя <...> пользоваться таким варварским средством для уничтожения неприятеля».

Продолжение в № 9

.  .