비핵 잠수함을위한 공기 독립 발전소의 진화
러시아 디젤 전기 잠수함 "Saint Petersburg", 프로젝트 677의 주함. 앞으로 이러한 유형의 잠수함은 VNEU를받을 수 있습니다. 사진 위키 미디어 공용
현대 잠수함의 대부분은 디젤 발전소를 갖추고 있습니다. 이러한 장치에는 특징적인 단점이 있으므로 편리하고 수익성있는 대안을 검색하는 것입니다. 실습에서 알 수 있듯이 현대적인 수준의 기술은 비핵 잠수함을위한 효율적인 발전소를 만드는 것을 가능하게하며, 우리는 다른 아키텍처의 시스템에 대해 이야기하고 있습니다.
문제 및 해결책
디젤 전기 잠수함의 주요 단점은 디젤 발전기를 사용하여 배터리를 정기적으로 충전해야한다는 것입니다. 이를 위해 잠수함은 수면에 떠 있거나 잠망경 깊이에서 이동해야합니다. 이로 인해 적의 탐지 가능성이 높아집니다. 이 경우 배터리 다이빙 시간은 일반적으로 며칠을 초과하지 않습니다.
디젤에 대한 명백한 대안은 원자력 발전소이지만 복잡성과 높은 비용으로 인해 사용이 항상 가능하고 정당한 것은 아닙니다. 이와 관련하여 수십 년 동안 디젤 전기 시스템의 단점없이 원하는 특성을 가진 공기 독립 발전소 (VNEU)를 만드는 문제가 연구되었습니다. 이러한 종류의 많은 신기술이 성공적으로 운영되고 있으며 가까운 장래에 다른 기술의 시운전이 예상됩니다.
일반적으로 VNEU 생성에는 여러 가지 접근 방식이 있습니다. 첫 번째는 들어오는 공기를 덜 요구하는 다른 엔진을 사용하여 디젤 발전기를 재건하는 것입니다. 두 번째는 소위 말하는 전기 생성을 제안합니다 연료 전지들. 세 번째는 배터리를 개선하는 것입니다. 자신의 세대를 거부 할 때까지.
스털링의 대안
1996 년에 본격적인 VNEU를 탑재 한 최초의 비핵 잠수함은 스웨덴 함선 Gotland였습니다. 이 잠수함은 길이 60m, 변위 1600 톤, 6 구경 어뢰 발사관 XNUMX 개를 탑재했습니다. 발전소는 표준 디젤 전기 발전소를 기반으로 지어졌으며 새로운 구성 요소로 보완되었습니다.
2005 년 미국 드라이 도크에있는 스웨덴 핵 잠수함 Gotland. 사진 : 미 해군
16 개의 MTU 396V-12 디젤 엔진과 한 쌍의 Hedemora V15A / 4-Ub 발전기가 지상 주행 및 발전을 제공합니다. 모든 모드에서 프로펠러는 전기 모터로 구동됩니다. 잠수 위치에서 잠수함은 디젤 대신 액체 연료와 액화 산소를 사용하여 Kockums v275-30R 유형의 스털링 엔진을 시작합니다. 후자의 예비는 상승 할 필요없이 최대 XNUMX 일 동안 수중에 머무를 수 있습니다. 또한 Stirling 엔진은 소음이 적고 잠수함의 마스크를 많이 벗겨 내지 않습니다.
Gotland 프로젝트에 따라 1997 대의 새로운 잠수함이 건설되었습니다. 두 번째와 세 번째 건물은 4 년에 시운전되었습니다. 275 년대 초에 Södermanland 코드가있는 프로젝트가 구현되었습니다. Gotland 프로젝트에서 VNEU를 설치하여 Västergötland 유형의 디젤 전기 잠수함 두 대를 현대화했습니다. 일본은 스웨덴 개발에 관심을 갖게되었습니다. 허가를 받아 "소류"형 잠수함 용 VNEU를 조립했습니다. 크기와 변위가 크기 때문에 일본 잠수함은 한 번에 XNUMX 개의 vXNUMX-XNUMXR 엔진을 탑재합니다.
잠수함 터빈
Scorpène 프로젝트를 개발하는 동안 프랑스 조선 업체는 대체 엔진을 기반으로 한 VNEU 버전을 제안했습니다. 모듈 d' Energie Sous-Marine Autonome (MESMA)라고하는 이러한 설치는 새로 건조 된 잠수함에서 사용하기 위해 잠재 고객에게 제공되었습니다.
MESMA 프로젝트는 에탄올과 압축 공기로 구동되는 특수 증기 터빈 엔진을 제안했습니다. 알코올-공기 혼합물의 연소는 발전기를 구동하는 터빈에 증기를 제공하도록되어있었습니다. 고압 하에서 이산화탄소와 수증기 형태의 연소 생성물은 전체 작동 깊이 범위에 걸쳐 배 밖으로 배출되도록 제안되었습니다. 계산에 따르면 VNEU MESMA가 장착 된 Scorpène 잠수함은 최대 21 일 동안 수중에 남아있을 수 있습니다.
인도 해군 용 연료 전지가있는 버전의 핵 잠수함 스콜 펜. 그래픽 Hisutton.com
MESMA 공장은 다양한 고객에게 제공되었습니다. 예를 들어, 인도의 Scorpène-Kalvari 프로젝트에서 사용할 계획이었습니다. 그러나 시범 공장의 실적이 미흡 해 프로젝트에 대한 관심이 급격히 떨어졌다. 결과적으로 새로운 프랑스 디젤 전기 잠수함에는 여전히 디젤 엔진이 장착되어 있지만 개발자는 이미 다른 유망한 솔루션을 도입하여 새로운 현대화를 발표했습니다.
2019 년 러시아 조선 업체는 폐쇄 사이클 가스 터빈 엔진을 기반으로하는 근본적으로 새로운 VNEU 개발을 발표했습니다. 여기에는 액화 산소 용 탱크가 포함되어 있으며 증발하여 엔진에 공급됩니다. 배기 가스는 안전한 지역에서 부상 할 때만 얼고 버릴 것을 권장합니다. 유사한 VNEU가 P-750B 프로젝트의 프레임 워크 내에서 개발되고 있습니다.
연료 전지
1998 년대 말에 독일은 자체 VNEU 버전을 만들었습니다. 212 년, 유사한 시스템을 갖춘 새로운 Type XNUMX 프로젝트의 헤드 잠수함에 건설이 시작되었습니다. 독일 프로젝트는 전기 모터와 수소 연료 전지를 결합한 Siemens SINAVY 시스템을 사용했습니다. 디젤 발전기는 표면에서 움직일 수 있도록 유지되었습니다.
SINAVY 컴플렉스에는 액화 산소 탱크의 금속 수 소화물을 기반으로 한 Siemens PEM 양성자 교환 연료 전지가 포함됩니다. 추가 안전을 위해 금속 수 소화물 및 산소 용기는 견고하고 가벼운 하우징 사이의 공간에 있습니다. VNEU가 작동하는 동안 금속 수 소화물에서 얻은 수소는 산소와 함께 특수 멤브레인 및 전극으로 이동하여 전류가 생성됩니다.
독일 잠수함 U-32, 두 번째 함선 "Type 212". 독일 국방부 사진
잠수함 "212"의 자율성은 30 일에 이릅니다. VNEU SINAVY의 중요한 장점은 충분히 높은 성능으로 작동 중에 소음이 거의 없다는 것입니다. 동시에 제조 및 운영이 어렵고 다른 단점도 있습니다.
독일 해군을 위해 212 척의 잠수함 "2006"가 건조되었습니다. 2017-212 년. 이 중 214 척이 스페인 함대에 취역했습니다. "20"를 기반으로 기존 VNEU의 보존을 제공하는 "15"프로젝트가 생성되었습니다. 이러한 잠수함은 국제 시장에서 매우 인기가 있습니다. XNUMX 개 이상의 보트에 대해 XNUMX 개국에서 주문을 받았습니다. 이미 XNUMX 척의 선박이 건조되어 고객에게 배송되었습니다.
독일뿐만 아니라 연료 전지 기반의 VNEU가 개발되고 있다는 점에 주목해야한다. 프랑스의 MESMA 프로젝트와 병행하여 연료 전지를 사용하는 Scorpène 잠수함의 변형이 개발되었습니다. 인도에 판매 된 것은 잠수함이었습니다. 이제 새로운 세대의 요소가 만들어지고 있습니다. 이전에는 러시아에서 연료 전지가 개발되고 있다고보고되었습니다. 이 유형의 VNEU는 이미 벤치 테스트를 통과했으며 향후 실험용 선박에서 테스트 될 예정입니다.
배터리 구동 잠수함
근본적으로 새로운 엔진과 생성 수단의 출현은 기존 기술 및 장치의 추가 개발 필요성을 배제하지 않습니다. 따라서 이미 알려져 있고 마스터 링 된 유형의 축전지는 높은 가치를 유지합니다. 유망한 프로젝트에서는 모든 시스템의 유일한 에너지 원으로 간주되기도합니다.
발사 전 "Taigei"급 잠수함 MCC Japan의 사진
일본 조선에서 흥미로운 과정이 관찰됩니다. 일본은 스털링 엔진으로 VNEU를 마스터 한 최초의 국가 중 하나 였지만 2015 년과 2017 년이었습니다. 수정 된 Soryu 프로젝트의 두 잠수함이 그러한 시스템없이 배치되었습니다. 표준 배터리 및 VNEU 장치를위한 공간은 최신 리튬 이온 배터리를 위해 제공되었습니다. 이로 인해 다이빙 시간이 이전 세대의 배터리에 비해 두 배가되었습니다.
2018 년부터 원래 디젤 전기 설비와 리튬 이온 배터리를 사용하여 개발 된 새로운 Taigei 프로젝트의 잠수함 건설이 진행 중입니다. 새 프로젝트의 주 함선은 이미 발사되었으며 작년부터 2022 개의 선체가 더 건설 중입니다. XNUMX 년부터 총 XNUMX 척의 잠수함이 투입 될 예정이다.
배터리 만 장착 된 초소형 잠수함 프로젝트가 많이 있습니다. 앞으로이 아키텍처는 "대규모"프로젝트에서 응용 프로그램을 찾을 수 있습니다. 최근 프랑스 조선 업체들은 가장 대담한 솔루션을 많이 결합한 SMX31E 컨셉 프로젝트를 발표했습니다. 특히 잠수함은 사용 가능한 모든 볼륨에 배치 된 배터리 만 받았습니다. 내구성과 가벼운 바디 사이. 배터리는 바다에 가기 전에 기지에서 충전해야합니다.
완전히 충전되면 SMX31E는 주행 속도와 총 에너지 소비량에 따라 30-60 일 동안 수중에있을 수있을 것으로 예상됩니다. 동시에 모든 표준 및 추가 장치, 컴플렉스 등의 완전한 작동 성을 보장 할 계획입니다.
SMX31E 잠수함에 대한 제안 된 아키텍처. 해군 그룹 그래픽
진화 과정에서
따라서 최근 수십 년 동안 비핵 잠수함 용 VNEU 분야에서 상당한 진전이있었습니다. 특정 기능과 장점을 가진 이러한 시스템의 다양한 변형이 프로젝트에서 개발, 테스트, 구현되어 서비스에 적용되었습니다. 그러나 최신 공기 독립 설치에도 몇 가지 단점이 있습니다. 제조와 운영 모두 복잡하고 비싸다.
전술적, 기술적 특성의 장점에도 불구하고 VNEU가 장착 된 비 잠수함은 아직 "전통적인"아키텍처의 디젤 전기 잠수함을 대체 할 수 없습니다. 또한 후자는 가장 현대적인 기술과 구성 요소를 개발하고 사용합니다. 다른 클래스 간의 이러한 경쟁의 두드러진 예는 일본 수중의 발달입니다. 함대새로운 기술 수준에서 디젤 전기 회로로 돌아갑니다.
분명히 공기 독립 및 디젤 전기 설비 간의 경쟁은 가까운 장래에 계속 될 것이며 아직 분명한 선호는 없습니다. 동시에 세계의 해군이 승자라는 것이 분명합니다. 그들은 모든 요구 사항을 가장 잘 충족하는 발전소에 가장 적합한 옵션을 선택할 수있는 기회를 얻습니다.
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