Как спасать атомные подводные лодки?

Седьмого апреля 1970 года, завершив боевую работу в Средиземном море и выйдя в Атлантический Океан, советская АПЛ К-8 проекта 627А забрала курс на собственную северную базу. Нежданно в ее третьем отсеке случилось возгорание химических патронов регенерации, предназначенных для очистки корабельной атмосферы. Потребовалось очень мало времени, дабы возгорание переросло в полномасштабный пожар.

Как положено, сработала аварийная защита реакторов, остановились турбины.

Резервный дизель-генератор запустить не удалось, и АПЛ оказалась без света, что значительно осложнило борьбу за живучесть, которая однако длилась более трех дней. Продув балластные цистерны, лодка всплыла на поверхность. А пожар тем временем распространялся по кораблю.

В двух кормовых отсеках прогорели забортные сальники (уплотнения выводимых из особо прочного корпуса лодки кабелей). В отсеки начала поступать вода, что стало причиной происхождению нарастающего отрицательного дифферента (наклона на корму). Через двое дней иссяк запас воздуха большого давления, и сдерживать поступление воды в отсеки стало нечем.

Корабль был обречен, нужно было выручать экипаж. Подошедшие надводные суда сняли часть моряков. А из центра поступалиокончательные распоряжения — до последнего бороться за спасение корабля.

Утром 12 апреля процесс нарастания дифферента взял лавинообразный темперамент, и лодка, приняв практически вертикальное положение кормой вниз, быстро затонула, унеся с собой жизни 52 моряков.

Через 16 лет по окончании данной трагедии снова в водах Атлантики терпела бедствие вторая советская АПЛ. Сейчас это была К-219, стратегическая лодка, несущая в собственных шахтах 16 баллистических ракет с ядерными зарядами. 16 октября 1986 года в находящейся на боевом дежурстве лодке появился пожар в ракетном отсеке.

Обстоятельство пожара — разрушение ракеты с последующим нарушением герметичности шахты и попаданием в отсек компонентов ракетного горючего.

Потом развитие трагедии проходило по уже привычному сценарию: распространение пожара по отсекам, прогорание забортных сальников, поступление в отсеки воды и, как следствие, нарастающий дифферент, приведший к потере лодкой продольной остойчивости. По окончании 15-часовой упорной, но бесплодной борьбы за спасение корабля случилось его стремительное затопление. В этом случае учли печальный опыт К-8 и б? льшую часть экипажа вовремя переправили на подошедшие суда.

На лодке оставались только девять человек во главе с капитаном корабля. Пятерым из них удалось спастись, четверо вместе с АПЛ покоятся на дне океана на глубине около 5000 м.

К-8 Советская ядерная подлодка проекта 627А «Кит».

Вступила в состав Северного флота 31 августа 1960 года. Погибла в Бискайском заливе 12 апреля 1970 года.
К-219 На лодке случился взрыв баллистической ракеты в одной из шахт.

Через три дня, 6 октября 1986 года, лодка затонула в Атлантике на глубине 5500 м. Б? льшая часть экипажа была спасена.
К-278 «Комсомолец» Единственная лодка проекта 685 «Плавник». Ей в собственности полный рекорд по глубине погружения среди подводных лодок — 1027 м. Погибла в следствии пожара в Норвежском море 7 апреля 1989 года.

Не прошло и трех лет, как коммунистический ВМФ потрясла новая катастрофа — смерть АПЛ «Комсомолец». Данный неповторимый корабль, выстроенный по созданному ЦКБ «Рубин» проекту 685 (шифр «Плавник»), вошел в Книгу рекордов Гиннесса по окончании установления в 1985 году мирового рекорда глубины погружения для боевых ПЛ (1027 м). 7 апреля 1989 года в 11 часов, в то время, когда АПЛ, пребывав на глубине 400 м, возвращалась из собственного уже пятого независимого плавания, в ее кормовом 7-м отсеке появился пожар.

Уже через 11 мин. лодка, сделав аварийное всплытие, была на поверхности штормового Норвежского моря. Началась отчаянная борьба за спасение корабля. И снова, как и в уже обрисованных случаях, поступление воды в кормовые отсеки стало причиной происхождению отрицательного дифферента.

Об посадке и осадке

Тут нужно пояснить, из-за чего данный процесс так страшен как раз для подводных лодок. Одна из наиболее значимых черт любых водоизмещающих судов — остойчивость, разглядываемая как свойство судна, выведенного внешним действием из положения равновесия, возвращаться в него по окончании прекращения этого действия. Различают поперечную и продольную остойчивости, другими словами свойство к восстановлению равновесия по окончании происхождения соответственно крена либо дифферента.

Подлодка, веретенообразный корпус которой имеет длину, значительно превышающую ширину, в особенности чувствительна к дифферентам — отклонениям от горизонтального положения в продольном направлении. В то время, когда лодка в движении, появляющиеся по тем либо иным обстоятельствам дифференты погашаются действием ее горизонтальных гидродинамических рулей. Но на лодке, не имеющей хода, гидродинамические рули, конечно, не трудятся.

Бороться с дифферентами возможно только перемещением весовых нагрузок в корабля довольно его центра тяжести, уменьшая их со стороны, куда происходит наклонение, либо увеличивая с обратной стороны, дабы выровнять лодку. Реально эта процедура содержится в продувке одних и заполнению водой вторых балластных цистерн, размещенных в носу, корме и на протяжении бортов АПЛ.

Конечно, с какой бы стороны от центра тяжести ни возрастал вес, это ведет к повышению осадки корабля — третьему (наровне с дифферентом и креном) параметру, определяющему посадку корабля в море. Посадку, которую имеет исправный корабль на спокойной воде, именуют равновесной. Наряду с этим всецело отсутствуют дифферент и крен, а осадка такова, что корабль загружён в воду по конструктивную (расчетную) ватерлинию.

В то время, когда ПЛ выясняется в надводном положении в штормовом море, волны, раскачивая ее, непрерывно изменяют все три параметра, определяющие посадку. В случае если ПЛ находится в обычном (неповрежденном) состоянии и владеет нужной остойчивостью, ее качания происходят довольно равновесного положения и не воображают опасности, в случае если, само собой разумеется, не превысят критических значений.

Совсем другая обстановка, в то время, когда в следствии аварии и взятых повреждений ПЛ в надводном положении имеет посадку, хорошую от равновесной, другими словами в то время, когда кроме того при отсутствии морского беспокойства углы дифферента и крена корабля не равны нулю, а его осадка — не по конструктивную ватерлинию. Это событие нужно непрерывно учитывать на протяжении борьбы за живучесть аварийной ПЛ.

Борясь с огнем методом затопления аварийных отсеков, сглаживая появившийся крен либо дифферент способом продувки балластных цистерн (особенно расположенных в носу либо в корме лодки), направляться воображать, как эти меры отражаются на трансформации дифферента. Сделать это совсем непросто, потому, что субъективное восприятие может подвести, а объективной информации о настоящем пространственном положении лодки взять неоткуда.

При трагедии «Комсомольца» фактически вся борьба за спасение АПЛ проходила в надводном положении и длилась почти шесть часов. Пожар, распространившийся на три кормовых отсека, удалось укротить. Но в борьбе с огнем был допущен последовательность неточностей, приведших к постепенному, но неуклонному нарастанию отрицательного дифферента.

Менее чем за час до смерти АПЛ ее корма просела в воду так, что высокий кормовой стабилизатор скрылся под водой. К этому времени величина продольной остойчивости лодки оставалась столь малой, что предстоящий стремительный рост дифферента и близкий ужасный финал был очевиден. Это подтверждалось снимками, сделанными с самолета-спасателя, прибывшего из Североморска.

В 17:08 лодка с дифферентом на корму в 80° (другими словами практически вертикально) ушла под воду.

Экипаж, пребывающий на верхней палубе, был в ледяной воде. Из 69 моряков в живых осталось 27.

Итак, все три трагедии, начавшись с пожара, заканчивались смертью АПЛ в следствии утраты продольной остойчивости и мгновенного затопления. Это было отмечено в документах комиссии , трудящейся над установлением обстоятельств смерти «Комсомольца». Рабочая группа поручила одному из фирм Министерства судостроения создать комплекс аппаратных средств, предназначенных для объективного контроля параметров посадки АПЛ в аварийной обстановке.

Результаты разработки планировалось применять в проектах АПЛ нового поколения.

Математика стихии

Техническое задание подготовило одно из ЦКБ, проектировавших АПЛ. Умело-конструкторская работа (ОКР) началась в первой половине 90-ых годов двадцатого века. Весьма не так долго осталось ждать стало ясно, что главная неприятность содержится в отсутствии метода, благодаря которому возможно было бы определять параметры посадки корабля в условиях носящего случайный темперамент морского беспокойства.

Исходя из этого как раз с поиска метода начиналась ОКР. К его разработке привлекались эксперты многих ведущих научных и проектных организаций судостроения и ВМФ. Совместно с ними были созданы и апробированы способами математического моделирования и экспериментально три варианта метода.

Один из них (метод доктора наук Севастопольского приборостроительного университета Ю.И.

Нечаева) взял одобрение клиента разработки — ЦНИИ кораблестроения — и был принят для применения в ОКР.

Метод Нечаева разрабатывался методом анализа материалов опытов, проводимых с применением радиоуправляемых моделей разных типов морских судов на естественном беспокойстве. После этого он был апробирован на одном из судов Черноморского флота и на судах транспортного флота.

Принцип действия созданного в соответствии с этим методом КПОРП основан на постоянном контроле текущих значений трех параметров посадки дифферента: углов и корабля крена, и осадки. Все эти параметры для аварийного корабля, находящегося в условиях морского беспокойства, случаен.

Накопленные за определенный период эти по каждому из параметров проходят осреднения по времени, а после этого полученные результаты дополняют вычисляемыми в соответствии с принятым методом поправками.

Подводный флот России обновляется, вводятся в строй новые суда новых проектов (на фото АПЛ «Северодвинск» проекта 885 «Ясень»). В полной мере быть может, что на лодках будущих поколений будут воплощены в судьбу разработки, каковые окажут помощь избежать катастроф на море, наподобие тех, о которых поведано в данной статье.

Чувствительные трубки

Реализация принятого КПОРП метода ведется посредством набора датчиков текущих значений крена, дифферента и осадки. Для дифферента углов и измерений крена были созданы два максимально унифицированных между собой датчика, один из которых (кренометр) размещен в плоскости мидель-шпангоута (среднее поперечное сечение корпуса АПЛ), а второй (дифферентометр) — в диаметральной плоскости корабля.

Принцип действия датчика основан на контроле давления либо разрежения, появляющегося во внутренней полости высокочувствительной мембранной коробки в следствии наклонения связанной с данной полостью трубки, заполненной особой незамерзающей жидкостью определенной плотности. В то время, когда при крене (дифференте) корабля финиш трубки выясняется выше мембранной коробки, в полости коробки появляется некое избыточное давление, пропорциональное длине трубки, умноженной на синус угла наклона, и удельному весу заполняющей трубку жидкости.

При наклоне в противоположную сторону финиш трубки опускается довольно мембранной коробки, отчего в ней появляется разрежение, пропорциональное тем же размерам. Для герметизации заполненной жидкостью полости, и для компенсации теплового расширения жидкости помогает эластичная диафрагма фактически нулевой жесткости, установленная на финише трубки, противоположном мембранной коробке.

Она же помогает для компенсации колебаний давления воздуха в отсеке, одинаково влияющего как снаружи на мембранную коробку, так и на эластичную диафрагму. При происхождении (благодаря наклонов) давления либо разрежения в полости мембранной коробки она упруго прогибается, и ее центр перемещает в ту либо иную сторону сердечник электрического преобразователя, на выходе которого появляется сигнал соответствующей полярности.

Датчики дифферента и крена отличаются друг от друга только одним базисным размером — длиной заполненной жидкостью трубки, которая обратно пропорциональна синусу предельного значения контролируемого угла. В связи с тем, что предельные значения углов дифферента намного меньше, чем крена, для получения одинакового сигнала на выходе обоих датчиков трубка датчика дифферента должна быть дольше.

Измерение осадки осуществляется парой датчиков перепадов давления, динамическая полость которых связана с забортным пространством под дном АПЛ, а статическая — с воздухом. Применяют два однотипных датчика перепада давления с различными пределами измерения, размещенные в одной плоскости и на одной вертикали, но в различных уровнях.

В зависимости от фактического значения текущей осадки показания снимают с одного из датчиков (верхнего либо нижнего), достигая требуемой точности измерения. При пересчете гидростатического давления в осадку в связанной с корпусом корабля совокупности координат учитываются текущие значения дифферента и углов крена.

В набор устройств кроме этого входят блок вторичных преобразователей названных выше датчиков и информационно-вычислительный блок (ИВБ), воображающий собой мини-ЭВМ. Выходные сведенья поступают в ИВБ, что реализует введенный в его память метод, и снабжает внесение поправок в значения измеряемых параметров.

Пример КПОРП был изготовлен и прошел под наблюдением межведомственной рабочей группе многоэтапный цикл опробований, включая проверки устойчивости ко всем видам механических и климатических действий, и опробования на стенде многомерной угловой качки. Наряду с этим проверялась работоспособность КПОРП при раздельном и одновременном действии двух видов качки с заданием дифферента и углов крена, имитирующих аварийное положение корабля. Результаты опробований подтвердили полное соответствие КПОРП требованиям ТЗ как по точности определения равновесных параметров посадки, так и по устойчивости ко всем видам корабельных действий.

Игра давлений

Вести постоянный непроизвольный контроль за посадкой подводного корабля помог комплекс уникальных технических ответов. Совокупность датчиков реагирует на трансформацию воздуха и давлений жидкости.

Принцип дифферентометра и действия кренометра основан на контроле давления, появляющегося в мембранной коробке в следствии наклонения заполненной жидкостью трубки.
Измерение осадки осуществляется парой датчиков перепадов давления, которые связаны с атмосферой и забортным пространством.

Статья «Равновесие для выживания» размещена в издании «Популярная механика» (№145, ноябрь 2014).