Принципы действия и устройство подводной лодки рассматриваются вместе, так как они тесно связаны. Определяющим является принцип подводного плавания. Отсюда, основные требования к ПЛ это: выдерживать давление воды в подводном положении, то есть обеспечивать прочность и водонепроницаемость корпуса. обеспечивать управляемые погружение, всплытие, и смену глубины. иметь оптимальное с точки зрения ходкости обтекание. сохранять работоспособность (боеспособность) во всём диапазоне эксплуатации по физическим, климатическим условиям и условиям автономности.
Прочность и водонепроницаемость Обеспечение прочности является самой трудной задачей, и потому главное внимание уделяется ей. В случае двухкорпусной конструкции давление воды (избыточные 1 кгс/см² на каждые 10 м глубины) принимает на себя прочный корпус, имеющий оптимальную форму для противостояния давлению. Обтекание обеспечивается лёгким корпусом. В ряде случаев при однокорпусной конструкции прочный корпус имеет форму одновременно удовлетворяющую и условиям противостояния давлению, и условиям обтекаемости. Например, такую форму имел корпус подводной лодки Джевецкого, или британской сверхмалой субмарины X-Craft.
Прочный корпус (ПК)
Содержит все основные системы и устройства, а часто и грузы, является основой для остальных конструкций ПЛ. Для обеспечения живучести он разделён водонепроницаемыми переборками на отсеки.
Будь он сплошным, глухим, простой геометрической формы, этого хватило бы, чтобы обеспечить прочность, но на практике всё обстоит иначе: в подводной лодке нужны горловины люков, шахты, валопроводы, клапаны, и прочее — есть масса мест, где однородность корпуса нарушается. Каждое из них — концентратор напряжений, то есть слабое место. Именно там начнётся разрушение под нагрузкой. А значит, в таких местах нужны усиления — дополнительные элементы набора, утолщения обшивки.Прасолов, С. Н, Амитин, М. Б. Устройство подводных лодок. — М.: Воениздат, 1973. — 311 с.
От того, насколько прочен корпус, какое давление воды он может выдерживать, зависит важнейшая тактическая характеристика ПЛ — глубина погружения. Глубина определяет скрытность и неуязвимость лодки, чем больше глубина погружения, тем сложнее обнаружить лодку и тем сложнее поразить её. Наиболее важны рабочая глубина — максимальная глубина, на которой лодка может находиться неограниченно долго без возникновения остаточных деформаций, и предельная глубина — максимальная глубина, на которую лодка ещё может погружаться без разрушения, пусть и с остаточными деформациями.
Разумеется, прочность должна сопровождаться водонепроницаемостью. Иначе лодка, как и всякий корабль, просто не сможет плавать.
Перед выходом в море или перед походом, в ходе пробного погружения, на ПЛ проверяется прочность и герметичность прочного корпуса. Непосредственно перед погружением из лодки с помощью компрессора (на дизельных ПЛ — главного дизеля) частью откачивается воздух, чтобы создать разрежение. Подается команда «слушать в отсеках». Одновременно следят за отсечным давлением. Если слышен характерный свист воздуха, и/или давление быстро восстанавливается до атмосферного, прочный корпус негерметичен.Типовой план-график предварительной подготовки подводной лодки к выходу в море После погружения в позиционное положение подается команда «осмотреться в отсеках», и корпус и арматура визуально проверяются на течи.
Лёгкий корпус (ЛК)
Обводы лёгкого корпуса обеспечивают оптимальное обтекание на расчётном ходу. В подводном положении внутри лёгкого корпуса находится вода, — внутри и снаружи него давление одинаково и ему нет надобности быть прочным, отсюда его название. В легком корпусе располагают оборудование, не требующее изоляции от забортного давления: балластные и топливные (на дизельных ПЛ) цистерны, антенны ГАС, тяги рулевого устройства.
Типы конструкции корпуса
Однокорпусные: цистерны главного балласта (ЦГБ) находятся внутри прочного корпуса. Лёгкий корпус только в оконечностях. Элементы набора, подобно надводному кораблю, находятся внутри прочного корпуса. Достоинства такой конструкции: экономия размеров и веса, соответственно меньшие потребные мощности главных механизмов, лучшая подводная маневренность. Недостатки: уязвимость прочного корпуса, малый запас плавучести, необходимость выполнять ЦГБ прочными. Исторически, первые ПЛ были однокорпусными. Большинство американских АПЛ также однокорпусные.
Двухкорпусные (ЦГБ внутри лёгкого корпуса, лёгкий корпус полностью закрывает прочный): у двухкорпусных ПЛ элементы набора обычно находятся снаружи прочного корпуса, чтобы сэкономить место внутри. Достоинства: повышенный запас плавучести, более живучая конструкция. Недостатки: увеличение размеров и веса, усложнение балластных систем, меньшая маневренность, в том числе при погружении и всплытии. По такой схеме построено большинство российских/советских лодок. Для них стандартное требование — обеспечение непотопляемости при затоплении любого отсека и прилегающих к нему ЦГБ.
Полуторакорпусные: (ЦГБ внутри лёгкого корпуса, лёгкий корпус частично закрывает прочный). Достоинства полуторакорпусных ПЛ: хорошая маневренность, сокращенное время погружения при достаточно высокой живучести. Недостатки: меньший запас плавучести, необходимость помещать больше систем в прочный корпус. Такой конструкцией отличались средние ПЛ времен Второй мировой войны, например, немецкие типа VII, и первые послевоенные, например, тип «Гуппи», США.
Многокорпусные (несколько прочных корпусов внутри одного лёгкого): такая конструкция нетипична. Известны проекты «Долфейн» (Нидерланды), имеющий три прочных корпуса внутри одного лёгкого, и проект 941 («Акула», СССР), имеющие два основных прочных корпуса и три соединяющих их отсека внутри одного лёгкого корпуса. Некоторые авторы относят проект 941 к двухкорпуснымSea Warfare. Chris Bishop, ed. — Orbis publishing Ltd., 1999, p. 67..
Надстройка
Надстройка формирует дополнительный объём над ЦГБ и/или верхнюю палубу ПЛ, для использования в надводном положении. Выполняется лёгкой, в подводном положении заполняется водой. Может играть роль дополнительной камеры над ЦГБ, страхующей цистерны от аварийного заполнения. В ней же располагают устройства, не требующие водонепроницаемости: швартовное, якорное, аварийные буи. В верхней части цистерн находятся клапаны вентиляции (КВ), под ними — аварийные захлопки (АЗ). Иначе их называют первыми и вторыми запорами ЦГБ.
Прочная рубка Устанавливается на прочном корпусе сверху. Выполняется водонепроницаемой. Является шлюзом для доступа в ПЛ через главный люк, спасательной камерой, а часто и боевым постом. Имеет верхний и нижний рубочный люк. Через неё же обычно пропущены шахты перископов. Прочная рубка обеспечивает дополнительную непотопляемость в надводном положении — верхний рубочный люк высоко над ватерлинией, опасность заливания ПЛ волной меньше, повреждение прочной рубки не нарушает герметичности прочного корпуса. При действии под перископом рубка позволяет увеличить его вылет — высоту головки над корпусом, — и тем самым увеличить перископную глубину. Тактически это выгоднее — срочное погружение из-под перископа происходит быстрее.
Ограждение рубки
Водопроницаемая башенная конструкция вокруг прочной рубки, служащая для улучшения обтекания её и выдвижных устройств, а также для их защиты в неиспользуемом положении. Оно же формирует ходовой мостик. Выполняется лёгким.
Погружение и всплытие
По закону Архимеда, чтобы тело полностью погрузилось в воду, его вес должен равняться весу вытесненной им воды. Для погружения ПЛ принимает балласт — воду — в цистерны. Для всплытия балласт продувается: вода вытесняется из цистерн сжатым воздухом. Когда лодка полностью погружена, она меняет глубину с помощью рулей. Прием или откачка балласта после этого производится только для уравновешивания.
Цистерны главного балласта (ЦГБ) Заполнением ЦГБ погашается основной запас плавучести ПЛ, и обеспечивается нормальное погружение. Чтобы лучше контролировать погружение, ЦГБ разбиты на группы: носовую, кормовую и среднюю, которые можно заполнять или продувать независимо или одновременно.
Как правило, балласт ПЛ рассчитывается так, чтобы с заполненными концевыми группами лодка плавала «под рубку» — в позиционном положении. При нормальном (не срочном) погружении сначала заполняются концевые группы, проверяется герметичность корпуса и посадка, затем заполняется средняя группа. При нормальном всплытии средняя группа продувается первой.
В надводном положении лодка плавает с открытыми кингстонами и аварийными захлопками. Клапаны вентиляции закрыты. Лодку удерживает на поверхности подушка воздуха в ЦГБ. Достаточно открыть клапаны вентиляции, и подпирающая вода вытеснит воздух — лодка начнет погружаться.
По окончании погружения клапаны вентиляции закрываются. В нормальном режиме под водой лодка плавает с открытыми кингстонами и аварийными захлопками. Перед всплытием аварийные захлопки закрываются, в цистерны подается воздух. При нормальном всплытии после подачи заданного количества воздуха кингстоны также закрываются, чтобы избежать перерасхода воздуха.
Дифферентовка
Цистерны вспомогательного балласта На практике лодка имеет остаточную плавучесть, то есть существует разница между объёмом ЦГБ и объёмом воды, которую нужно принять для полного погружения. Эта разница компенсируется с помощью цистерн вспомогательного балласта. Прием или откачка воды в уравнительную цистерну погашает остаточную плавучесть.
Для компенсации продольных смещений грузов — а смещения есть всегда — имеются дифферентные цистерны — носовая и кормовая. Прием / откачка вспомогательного балласта и его перекачка между дифферентными цистернами с целью добиться равновесия погруженной ПЛ на ровном киле называется дифферентовкой.
Практически, невозможно принять в уравнительную цистерну ровно столько, чтобы лодка без хода «зависла» на постоянной глубине. Постоянно требуется то принимать, то откачивать балласт. На современных ПЛ для этой цели имеется автомат — стабилизатор глубины. Однако надёжность его невысока, и диапазон работы ограничен. Поэтому постановка на стабилизатор глубины и снятие с него — это целый комплекс действий, с соблюдением особого режима эксплуатации лодки.
Когда требуется срочное погружение, используют цистерну быстрого погружения (ЦБП, иногда называется цистерной срочного погружения). Её объём не входит в расчётный запас плавучести, то есть приняв в неё балласт, лодка становится тяжелее окружающей воды, что помогает «провалиться» на глубину. После этого, разумеется, цистерна быстрого погружения немедленно продувается. Она находится в прочном корпусе и выполняется прочной.
В боевой обстановке (в том числе на боевой службе и в походе) немедленно после всплытия лодка принимает воду в ЦБП, и компенсирует её вес, поддувая главный балласт — сохраняя некоторое избыточное давление в ЦГБ. Таким образом, лодка находится в немедленной готовности к срочному погружению.
Среди важнейших специальных цистерн — следующие.
Торпедо- и ракетозаместительные цистерны Чтобы сохранить общую нагрузку после выхода торпед или ракет из ТА / шахт, и предотвратить самопроизвольное всплытие, поступившую в них воду (около тонны на каждую торпеду, десятки тонн на ракету) не откачивают за борт, а сливают в специально предназначенные цистерны. Это позволяет не нарушать работы с ЦГБ и ограничить объём уравнительной цистерны.