DEPL 유형 "소류"
이 기사는 혐기성 또는 공기 독립 발전소 (VNEU)가있는 잠수함에 초점을 맞출 것입니다. VNEU는 매우 다양한 종류의 다양한 엔진, 설계 솔루션, 연료 유형입니다. 3 세대 잠수함 추진 시스템과 차별화되는 점은 훨씬 더 오랫동안 수중에 머무를 수 있다는 것입니다. 이러한 잠수함의 은신을 크게 증가시키고 잠수함을 감지하기가 어렵습니다. 항공. 이전 세대의 잠수함, 예를 들어 Project 636 Varshavyanka의 디젤 전기 잠수함은 3-4 일마다 수면으로 올라 와서 디젤 엔진을 켜고 배터리를 재충전해야합니다. VNEU가 장착 된 최신 잠수함은 몇 주 동안 물 속에있을 수 있습니다.
그러한 잠수함 건설에 사용되는 주요 설계 결정을 고려하십시오.
스털링 엔진
스털링 엔진-가스 또는 액체 형태의 작동 유체가 외부 연소 엔진의 일종 인 닫힌 부피로 움직이는 열 엔진. 결과적인 압력 변화에서 에너지를 추출하여 작동 유체의 주기적 가열 및 냉각을 기반으로합니다. 일반적으로 공기는 작동 유체로 작용하지만 수소와 헬륨도 사용됩니다.
단점.
1. 부피 및 재료 소비 : 스털링 엔진을 냉각해야하므로 라디에이터 증가로 인해 발전소 전체 크기가 크게 증가합니다.
2. ICE의 특성에 필적하는 특성을 얻으려면 고압 (100 atm 이상) 및 특수 유형의 작동 유체-수소, 헬륨을 적용해야합니다.
3. 열은 작동 유체에 직접 공급되지 않고 열 교환기의 벽을 통해서만 공급됩니다. 벽의 열전도율이 제한되어 있기 때문에 효율이 예상보다 낮습니다. 열 교환기는 매우 열악한 열 전달 조건과 매우 높은 압력에서 작동하므로 고품질의 고가의 재료를 사용해야합니다. 상충되는 요구 사항을 충족시키는 열교환기를 만드는 것은 매우 사소한 작업입니다. 열전달 면적이 클수록 열 손실이 커집니다. 이것은 열교환 기의 크기와 작업에 관련되지 않은 작동 유체의 부피를 증가시킵니다. 열원이 외부에 위치하기 때문에 엔진은 실린더에 공급되는 열유속의 변화에 천천히 반응하며 시동시 원하는 전력을 즉시 공급하지 못할 수 있습니다.
4. 엔진 출력을 신속하게 변경하기 위해 ICE에 사용 된 방법과 다른 방법이 사용됩니다. 가변 용량의 버퍼 용량, 챔버 내 작동 유체의 평균 압력 변경, 작동 피스톤과 디스플레이 서 사이의 위상 각 변경. 후자의 경우, 운전자의 제어 작용에 대한 엔진의 반응은 거의 즉각적이다.
장점.
1. 설계의 단순성-엔진 설계는 매우 간단하며 가스 분배 메커니즘과 같은 추가 시스템이 필요하지 않습니다. 독립적으로 시작하며 스타터가 필요하지 않습니다. 그 특성으로 기어 박스를 제거 할 수 있습니다.
2. 증가 된 자원-설계의 단순성, 많은 "딜리 케이트"노드가 없으면 "스털링"을 통해 수십 시간에서 수십만 시간의 연속 작동으로 다른 엔진에 전례없는 상태의 마진을 제공 할 수 있습니다.
3. 수익성 – 특정 유형의 열 에너지를 복구하기 위해, 특히 온도 차이가 작은 경우 "스털링"이 가장 효과적인 엔진 유형입니다.
4. 저소음 레벨- "스털링"은 실린더에서 배기 가스가 없으므로 피스톤 내연 기관의 소음 수준보다 소음 수준이 훨씬 낮습니다.
DEPL 유형 "Gotland"
스털링 엔진이 장착 된 잠수함은 표준 디젤 및 액체 산소를 산화제로 사용합니다. "스털링 (Stirling)"을 사용한 VNEU 생성의 선구자들은 스웨덴이었습니다. Gotland 타입의 잠수함은 비슷한 엔진을 갖춘 최초의 생산 잠수함이었습니다. 나는 현대 디젤 엔진보다 열등한 "스털링 (stirling)"을 말해야하므로, 전통적인 디젤 발전소에 추가로 사용된다. 그러나이“보충”을 통해 Gotland 잠수함은 최대 20 일 동안 수중에있게됩니다. 스털링 속도-5 노트 스웨덴 잠수함 외에도 스털링 엔진은 일본 소류 잠수함에 사용됩니다.
전기 화학 발전기
다른 VNEU 유형은 ECG입니다. 전기 화학 발전기는 연료 전지를 기반으로합니다. 실제로 충전이 일정한 충전식 배터리입니다. 영국 화학자 윌리엄 로버트 그 로브 (William Robert Grove)가 전기 분해 중에 우연히 산소와 다른 하나의 수소에 의해 날린 두 개의 백금 스트립이 황산 수용액에 놓여져 전류를 공급한다는 사실을 전기 화학 발전기로 발전소의 작동 원리는 150 년 전과 같습니다. . 반응의 결과, 전류에 더하여 열과 물이 형성되었다. 이 경우 에너지 변환이 조용히 발생하며 반응의 유일한 부산물은 증류수이므로 잠수함에 적용하기가 매우 쉽습니다.
효율성과 안전성의 기준에 따라, 수소는 금속 수 소화물 (수소와 결합 된 특수 금속 합금)의 형태로 바인딩 된 상태로 유지되고, 경해와 강한 잠수함 선체 사이의 특수 용기에서 액화 형태의 산소로 유지하기로 결정되었습니다. 수소와 산소 캐소드 사이에는 전해질의 기능을 수행하는 중합체 전해질 양성자 교환 막이있다.
DEPL 타입 212
ECG가 장착 된 VNEU는 212 유형의 독일 잠수함에 적용됨을 발견했습니다. 연료 전지에 개발 된 시설의 명백한 장점에도 불구하고, 주로 목표를 추구하거나 공격을 피할 때 고속 기동을 수행한다는 측면에서 해양 급 잠수함의 필요한 작동 및 전술 특성을 제공하지 않습니다. 적. 따라서 잠수함에는 배터리 또는 연료 전지를 사용하여 수 중에서 고속으로 이동하는 조합 추진 시스템이 장착되어 있으며 전통적인 디젤 발전기도 표면 위로 떠 다니는 데 사용되며 배터리를 재충전하는 데 사용됩니다. 400 개의 연료 전지 모듈로 구성된 전기 화학 발전기의 총 용량은 3 리터입니다. s 바다의 자연 소음 수준보다 낮은 소음 수준으로 20 일 동안 XNUMX 노트의 속도로 수중 위치에서 보트의 움직임을 제공합니다.
최근에는 S-80 유형 잠수함의 스페인 사람이 VNEU를 성공적으로 만들었습니다. 그들은 또한 혐기성 보조 장비로 ECG를 사용했지만, 분해 결과 에탄올에서 수소를 생산하는 길을 택했습니다. 산소는 특수 탱크에 액체 형태로 저장됩니다. 잠수함의 수중 체류 기간은 15 일입니다.
증기 혐기성 발전소
DEPL 유형 "전갈"
프랑스 엔지니어들은 잠수함을위한 자율 에너지 모듈 인 MESMA (Module d' Energie Sous-Marine Autonome) 증기 발생기 혐기성 장치를 만들었습니다. MESMA는 액체 가열, 증기의 증발 및 과열, 증기의 단열 팽창 및 응축 과정으로 구성되는 랭킨 사이클의 원리를 사용합니다. 설치는 닫힌주기에서 작동하는 증기 터빈을 기반으로합니다. 에탄올은 연료로 사용되며 산화제는 액체 산소입니다. 에탄올이 연소실로 들어가 산소가 이미 기체 상태로 들어갑니다. 알코올과 산소의 혼합물의 연소 온도는 700 ° C 이상에 도달 할 수 있습니다. 에탄올 연소 생성물-물과 이산화탄소, 배출되는 고압 이산화탄소 (최대 60 기압)는 최대 600m 깊이의 압축기를 사용하지 않고도 선외에서 쉽게 제거 할 수 있습니다.
연소실의 수명은 30 년으로 결정됩니다. 따라서 잠수함의 수명 동안 사용됩니다.
연소실 열교환 기는 니켈 합금으로 만들어진 증기 발생기를 가열한다. 가열 된 증기는 저소음, 고속 교류 터보 제너레이터를 구동합니다.
폐 증기는 500 차 회로 냉각기이기도 한 니켈-알루미늄-청동 응축기로 유입됩니다. 응축기는 해수를 통해 냉각됩니다. 생성 된 응축수는 증기 발생기로 되돌아갑니다. 증기 응축기 시스템의 총 물량은 약 10 리터입니다. 최대 200 rpm의 증기 터빈 회전 속도. 발전기의 정격 출력 전력은 XNUMXkW 이상입니다.
MESMA 설비의 힘은 약 4 시간의 항해 시간으로 250 노트의 수중 통로를 가진 Scorpena 프로젝트의 잠수함을 개발할 수있게합니다. 전통적인 배터리는 더 빠른 속도를 달성하는 데 사용됩니다.
리튬 배터리
2020 년 11 월 XNUMX 일, 일본인은 Soryu 프로젝트의 XNUMX 번째 잠수함을 출시했지만이 잠수함은이 유형의 다른 잠수함과 큰 차이가 있습니다. 리튬 이온 배터리가 설치되어 있습니다.
리튬 이온 배터리를 사용하여 일본인은 새로운 잠수함에 스털링 엔진과 기존의 납산 배터리 사용을 포기할 수있었습니다.
리튬 배터리는 이러한 잠수함에 다른 VNEU와 비슷한 수중 이동 시간을 제공하며 새로운 배터리의 대용량으로 인해 잠수함이 20 노트의 수중 속도에 도달 할 수 있습니다.
러시아 해군의 VNEU
모델 750B 잠수함
물론 우리에게 가장 큰 문제는 러시아 잠수함에 혐기성 엔진이있는 상황입니다. 우리는 어때? 불행히도 우리 개발자들은 아직 VNEU를 만드는 데 성공하지 못했습니다. VNEU를 장착 한 최초의 러시아 디젤 전기 잠수함은 프로젝트 677 Lada의 잠수함이어야했지만 문제가 발생했습니다. 그럼에도 불구하고 VNEU 생성 작업이 진행 중이며 2019 년에이 주제에 대한 새로운 연구 개발 부서가 개설되었습니다.
ECG를 기반으로 혐기성 시설을 개발하고있는 중앙 디자인 국“Rubin”과 혐기성 폐쇄 사이클 가스 터빈 엔진을 개발하는 디자인 국“Malachite”가 VNEU의 생성에 참여합니다.
말라카이트의 개발은 단일 가스 터빈 엔진으로 표면 및 수중 위치에서 모두 사용할 수 있습니다. 상기 수위에서는 대기에 대기가 사용된다. 수 중에서, 액체 산소를 함유하는 듀어 용기로부터 산화제가 공급된다. 터빈에 의해 방출 된 가스 혼합물은 외부에서 아무것도 방출하지 않고 세척 및 냉동됩니다. 따라서 배터리를 사용하지 않는 수중 속도 (VNEU에서만)는 10 노트를 초과합니다. 말라카이트는 엔진뿐만 아니라 잠수함도 개발하고 있습니다. 이 프로젝트에는 코드 P-750B가 있습니다. 설계된 잠수함은 1450 톤의 표면 변위, 승무원 18-20 명, 최대 침수 깊이 300m, 최대 속도 18 노트입니다. 잠수함은 어뢰, 광산, 구경 순찰 미사일로 무장 할 수 있습니다.
결론
러시아 해군에 VNEU 잠수함이 필요한 이유는 무엇입니까? 본질적으로 현대의 VNEU는 저전력으로 인해 전통적인 디젤 발전소와 함께 사용하게되므로 VNEU에서의 수중 속도가 낮습니다 (리튬 이온 배터리가 장착 된 디젤 전기 잠수함에는 적용되지 않음). 해군 특수 인프라 시설.
그러나 장점은 단점보다 큽니다. 주요한 것은 대 잠수함 항공으로 잠수함을 탐지하는 데있어 높은 비밀과 어려움입니다. 예를 들어 일본에는 약 XNUMX 대의 현대식 대 잠수함 항공기가 있기 때문에 이것은 우리에게 매우 중요합니다. 또 다른 장점은 소음 수준이 매우 낮으며 종종 바다의 배경 소음보다 적습니다. 그리고 마지막으로, VNEU가 장착 된 잠수함이 아무리 비싸더라도 핵 잠수함보다 여전히 저렴합니다. 또한 VNEU가 장착 된 잠수함은 함대 우리의 잠재적 적대자 : 독일, 터키, 일본. 충돌이 발생하면 우리 잠수함은 더 발전된 잠수함과 맞서야합니다. 그리고 VNEU로 최신 엔진을 개발하지 않으면 현재 발생하고있는 기술 격차는 결국 극복 할 수없는 심연이 될 것입니다.