Энергосиловые установки (ЭСУ) и значительной степени определяют облик, важнейшие тактические и эксплуатационные характеристики торпед. Призванные обеспечить необходимые энергообеспечение и ходовое качество (транспортные характеристики) торпед ЭСУ существенным образом влияют на их акустическо-оптическую заметность, массогабаритные характеристики, эффективность работы бортовой неконтактной аппаратуры, на такие важнейшие свойства торпед, как готовность, надежность и безопасность.
История создания и совершенствования энергосиловых установок торпед, использующих для своей работы внутреннюю энергию (потенциальную, тепловую) транспортируемого на борту вещества, ведет свое начало с 60-х годов прошлого столетия. Тепловыми энергосиловые установки торпед (ТЭСУ) могут считаться с момента появления в их конструкции подогревательного аппарата (1899 г). Дальнейшее развитие ТЭСУ шло по многим направлениям, которые определялись:
– типом двигателя — ТЭСУ с поршневым, турбинным, реактивным двигателем;
– типом системы подачи (СП) компонентов топлива — ТЭСУ с вытеснительной. насосной или насосно-вытеснительной СП;
– характером рабочего процесса — ТЭСУ открытого, полузамкнутого и замкнутого цикла.
Развитие перспектива ТЭСУ связаны с характерными для них положительным свойствами.
- Высокие удельные характеристики;
- Высокая надежность (безотказность, сохраняемость, долговечность) ТЭСУ;
- Относительно низкая стоимость 1 ЭСУ.
Недостатки ТЭСУ:
- Мощность и время работы ГЭСУ открытого цикла зависят от глубины хода торпеды;
- Торпеды с ТЭСУ, как правило, отслеживаемы, что обусловлено наличием в продуктах сгорания топлив нерастворимых в морской воде веществ;
- ТЭСУ, работающие с использованием сильных окислителей и унитарных топлив, пожаро- и токсоопасны.
Данные свойства ТЭСУ оказывают существенное влияние на: особые боевого применения торпед (предельную глубину стрельбы, предельную глубину хода торпеды, глубину маршевого участка траектории и т. д.) и особенности их эксплуатации (контроль за разложением компонентов топлива, меры по обеспечению пожаро- и токсобезопасности, периодичность технических обслуживании и т. д).
Циклы, реализуемые в торпедных тепловых энергосиловых установках
Ключевой особенностью ГЭСУ, определяющей не только облик и характеристики ТЭСУ, но и важнейшие тактические и эксплуатационные свойства торпеды, является характер рабочего процесса или рабочий цикл силовой установки. Как уже отмечалось, в торпедах нашли применение ТЭСУ открытою, полузамкнутого и замкнутого циклов. Рассмотрим принципы построения и особенности данных циклов.
ТЭСУ открытого цикла (ЭСУОЦ) . Наиболее распространенный тип силовых установок торпед. На рис. 1 показана принципиальная схема ЭСУОЦ, работающая на трехкомпонентном топливе смешанного агрегатного состояния. Предварительно сжатый окислитель вытесняется из резервуара (О) через регулятор окислителя в камеру сгорания (КС). Вода и горючее подаются в КС с помощью водяного насоса (ВН), имеющего привод от двигателя (Д) через редуктор (Д). Управление подачей горячего и воды осуществляется регулятором воды (РВ).
Рис. 1. Принципиальная схема ЭСУОЦ
Особенности этих ТЭСУ
- Мощность двигателя и время работы силовой установки чувствительны к противодавлению (глубине хода торпеды). Увеличение противодавления сопровождается ростом «непроизводительности» работы выброса отработанного газа и снижением величины расходуемой части энергозапаса.
- Необходимость выброса «за борт» отработанного рабочего тела двигателя, как правило, насыщенного нерастворимыми в морской воде веществами, обусловливает образование следа за торпедой.
Достоинством ЭСУОЦ является сравнительная простота их технической реализации и надежность.
ТЭСУ полузамкнутого цикла (ЭСУПЦ) . «Полузамкнутность» цикла данных силовых установок определяется тем, что в них реализуется замкнутый цикл рабочего тела двигателя и разомкнутый цикл источника тепловой энергии. ЭСУПЦ являются наиболее перспективными силовыми установками торпед. Имеются научная, технологическая и производственная основы для разработки и производства торпед с силовыми установками данного типа.
На рис. показана принципиальная схема ЭСУПЦ, работающая на унитарном топливе (Т), которое подается через регулятор (РТ) в камеру сгорания с помощью топливного насоса (ТН). Продукты сгорания охлаждаются водой, подаваемой в камеру сгорания водяным насосом (ВН) через регулятор воды (РВ) и подаются в теплообменник (ТО), где происходит отбор тепла в контур рабочего тела. Рабочим телом является перегретый водяной пар. После обработки в двигателе влажный пар конденсируется в охлаждаемом заборной водой конденсаторе (К) до воды (бидистилат), которая конденсатным насосом (КН) подается в ТО. Двигателем здесь является паровая турбина.
Рис. 2. Принципиальная схема ЭСУПЦ
Особенность данных ТЭСУ:
– мощность двигателя и время работы силовой установки практически не зависят от глубины хода торпеды;
– выброс «за борт» продуктов сгорания топлива, как правило образует след торпеды;
– реализация ТЭСУ данного типа представляет собой сложную техническую проблему, так как организация устойчивого теплового процесса требует развитой и совершенной автоматики согласующей процессы, протекающие в контуре рабочего тела и теплообменнике с заданным режимом работы;
– в данных ЭСУ возможно применение металлизированных топлив, продукты сгорание которых содержат значительную долю твердой (конденсированной) фазы и неприменимы в качестве рабочего тела двигателя. В данной случае применяется прямоточный теплообменник со встречным движением конденсата.
ТЭСУ замкнутого цикла (ЭСУЗ) . В силовых установках данного типа осуществляется замкнутый рабочий цикл как рабочего тела, так и вещества источника энергии (топлива). Источника энергии (ИЭ) ЭСУ могут служить делящиеся материалы или топлива с высококипящими продуктами сгорания (безгазовые топлива). Большую перспективу использования в торпедных ЭСУ имеют вторые. Принципиальная схема ЭСУЗ приведена на рис. 3.
Рис. 3. Принципиальная схема ЭСУЗ
Работа ЭСУЗ в контуре рабочего тела двигателя аналогична работе ЭСУПЦ. Отличия, и существенные, прослеживаются в совместной работе источника энергии и теплообменника. Эти отличия можно проследить на примере использования в ЭСУЗ безгазовых топлив.
В герметичной камере сгорания размещен заряд безгазового топлива (источника энергии) и теплообменник. После сгорания топливного заряда в камере остаются продукты сгорания в виде шлака примерно того же объема.
Безгазовые топлива обладают высокими эксплуатационными характеристиками (удельной энергией, сохраняемостью и т. д.) и технологичностью. Они могут быть твердыми и жидкими.
Недостатком ЭСУЗЦ рассмотренного варианта являются значительные сложности в организации регулирования и смены режима работы ЭСУ. Считается, что возможная область использования данного цикла — это малогабаритный противолодочные однорежимные торпеды.
Анализ особенностей возможных циклов торпедных ТЭСУ дает основание утверждать перспективность развития тепловой энергетики торпед, о достаточно высокой степени реализуемости проектов ЭСУПЦ ЭСУЗЦ.
Литература:
- Ю. И. Стекольников. Энергосиловые установки торпед. Санкт — Петербург, 2002. — 239 с.
- В. П. Дородных, В. А. Лобашинский. Торпеды. Москва. Издательство ДОСААФ СССР. 1986. — 97 с.
