Sebilangan besar kapal selam moden dilengkapi dengan loji kuasa elektrik diesel. Peranti sedemikian mempunyai kekurangan ciri, sebab itulah pencarian alternatif yang mudah dan menguntungkan dilakukan. Seperti yang ditunjukkan oleh praktik, tahap teknologi moden memungkinkan untuk membuat loji tenaga yang cekap untuk kapal selam bukan nuklear, dan kita bercakap mengenai sistem seni bina yang berbeza.
Masalah dan jalan penyelesaian
Kelemahan utama kapal selam elektrik-elektrik adalah keperluan pengisian semula bateri secara berkala dengan menggunakan generator diesel. Untuk melakukan ini, kapal selam mesti melayang ke permukaan atau bergerak pada kedalaman periskop - yang meningkatkan kemungkinan pengesanan oleh musuh. Pada masa yang sama, jangka masa menyelam bateri biasanya tidak melebihi beberapa hari.
Alternatif yang jelas untuk diesel adalah loji tenaga nuklear, tetapi penggunaannya tidak selalu mungkin dan dibenarkan kerana kerumitan dan kos yang tinggi. Sehubungan dengan itu, selama beberapa dekad, isu mewujudkan loji kuasa bebas udara (VNEU) dengan ciri-ciri yang diinginkan dan tanpa kelemahan sistem elektrik-diesel telah dikaji. Sejumlah teknologi baru seperti ini telah berjaya dijalankan, dan pengoperasian yang lain diharapkan dalam waktu dekat.
Secara umum, terdapat beberapa pendekatan untuk mewujudkan VNEU. Yang pertama melibatkan pembinaan semula generator diesel menggunakan enjin berbeza yang kurang menuntut udara masuk. Yang kedua mencadangkan penjanaan elektrik menggunakan apa yang disebut. sel bahan api. Yang ketiga adalah meningkatkan bateri, termasuk hingga penolakan generasi sendiri.
Alternatif Stirling
Kapal selam bukan nuklear pertama dengan VNEU lengkap, yang digunakan, pada tahun 1996 adalah kapal Sweden Gotland. Kapal selam ini memiliki panjang 60 m dan perpindahan 1600 tan, dan juga membawa 6 tiub torpedo dua kaliber. Loji janakuasanya dibina berdasarkan diesel-elektrik standard dan dilengkapi dengan komponen baru.
Permukaan permukaan dan penjanaan kuasa disediakan oleh dua diesel MTU 16V-396 dan sepasang penjana Hedemora V12A / 15-Ub. Baling-baling dalam semua mod didorong oleh motor elektrik. Dalam posisi terendam, kapal selam, bukannya diesel, memulakan mesin Stirling dari jenis Kockums v4-275R, menggunakan bahan bakar cair dan oksigen cair. Cadangan yang terakhir membolehkan anda tinggal di bawah air hingga 30 hari tanpa perlu naik. Selain itu, mesin Stirling kurang bising dan tidak membuka penutup kapal selam juga.
Tiga kapal selam baru dibina mengikut projek Gotland; bangunan kedua dan ketiga ditugaskan pada tahun 1997. Pada awal tahun 2000an, sebuah projek dengan kod Södermanland telah dilaksanakan. Ia menyediakan pemodenan dua kapal selam elektrik-elektrik jenis Västergötland dengan pemasangan VNEU dari projek Gotland. Jepun menjadi tertarik dengan perkembangan Sweden. Di bawah lesen, dia mengumpulkan VNEU untuk kapal selam jenis "Soryu". Oleh kerana dimensi dan perpindahannya yang besar, kapal selam Jepun membawa empat enjin v4-275R sekaligus.
Turbin kapal selam
Semasa pengembangan projek Scorpène, pembuat kapal Perancis mencadangkan versi VNEU mereka sendiri berdasarkan mesin alternatif. Pemasangan seperti itu, yang disebut Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), ditawarkan kepada calon pelanggan untuk digunakan pada kapal selam yang baru dibina.
Projek MESMA mencadangkan enjin turbin wap khas yang dikuasakan oleh etanol dan udara termampat. Pembakaran campuran alkohol-udara seharusnya menghasilkan wap untuk turbin yang menggerakkan penjana. Produk pembakaran dalam bentuk karbon dioksida dan wap air di bawah tekanan tinggi dicadangkan untuk dibuang ke seluruh permukaan kedalaman operasi. Menurut perhitungan, kapal selam Scorpène dengan VNEU MESMA dapat bertahan di bawah air hingga 21 hari.
Loji MESMA ditawarkan kepada pelbagai pelanggan. Sebagai contoh, ia dirancang untuk digunakan dalam projek Scorpène-Kalvari untuk India. Namun, kilang perintis menunjukkan prestasi yang tidak mencukupi, dan minat terhadap projek itu berkurang dengan ketara. Hasilnya, kapal selam diesel-elektrik Perancis yang baru masih dilengkapi dengan enjin diesel - walaupun para pemaju telah mengumumkan pemodenan baru dengan memperkenalkan penyelesaian lain yang menjanjikan.
Pada tahun 2019, pembuat kapal Rusia mengumumkan pengembangan VNEU baru yang asasnya berdasarkan enjin turbin gas kitaran tertutup. Ia termasuk tangki untuk oksigen cair: ia menguap dan dibekalkan ke mesin. Gas ekzos dicadangkan untuk dibekukan dan dibuang hanya ketika muncul di kawasan yang selamat. VNEU serupa sedang dikembangkan dalam kerangka projek P-750B.
Sel bahan api
Pada akhir tahun sembilan puluhan, Jerman telah membuat versi VNEU sendiri. Pada tahun 1998, pembinaan dimulakan di kapal selam kepala projek Type 212 baru, dilengkapi dengan sistem yang serupa. Projek Jerman melibatkan penggunaan sistem Siemens SINAVY, yang menggabungkan motor elektrik dan sel bahan bakar hidrogen. Untuk pergerakan di permukaan, penjana diesel ditahan.
Kompleks SINAVY merangkumi sel bahan bakar pertukaran proton Siemens PEM berdasarkan logam hidrida dari tangki oksigen cecair. Untuk keselamatan tambahan, hidrida logam dan bekas oksigen terletak di ruang antara kediaman kasar dan ringan. Semasa operasi VNEU, hidrogen yang diperoleh dari hidrida logam, bersama dengan oksigen, dimasukkan ke membran dan elektrod khas, di mana arus dihasilkan.
Otonomi kapal selam "212" mencapai 30 hari. Kelebihan penting VNEU SINAVY adalah ketiadaan bunyi yang hampir lengkap semasa operasi pada prestasi yang cukup tinggi. Pada masa yang sama, sukar untuk dibuat dan dikendalikan, dan juga mempunyai kelemahan lain.
Enam 212 kapal selam dibina untuk Tentera Laut Jerman. Pada tahun 2006-2017. empat kapal ini mula beroperasi di armada Sepanyol. Atas dasar "212", projek "214" dibuat, yang menyediakan pemeliharaan VNEU yang ada. Kapal selam semacam itu sangat popular di pasaran antarabangsa. Pesanan diterima dari empat negara untuk lebih dari 20 kapal. 15 kapal telah dibina dan dihantar kepada pelanggan.
Harus diingat bahawa VNEU berdasarkan sel bahan bakar sedang dikembangkan tidak hanya di Jerman. Selari dengan projek MESMA di Perancis, varian kapal selam Scorpène dengan penggunaan sel bahan bakar dikembangkan. Kapal selam inilah yang dijual ke India. Kini elemen generasi baru diciptakan. Sebelumnya dilaporkan bahawa sel bahan bakarnya sedang dikembangkan di Rusia. VNEU jenis ini sudah lulus ujian bangku, dan di masa depan ia akan diuji di kapal eksperimen.
Kapal selam berkuasa bateri
Kemunculan mesin dan alat generasi baru yang asasnya tidak mengecualikan keperluan untuk pengembangan lebih lanjut teknologi dan unit yang ada. Oleh itu, bateri simpanan jenis yang sudah diketahui dan dikuasai mengekalkan nilai yang tinggi. Dalam projek yang menjanjikan, mereka bahkan dianggap sebagai satu-satunya sumber tenaga untuk semua sistem.
Proses ingin tahu diperhatikan dalam pembinaan kapal Jepun. Jepun adalah salah satu negara pertama yang menguasai VNEU dengan mesin Stirling, tetapi pada tahun 2015 dan 2017. dua kapal selam dari projek Soryu yang diubah telah diletakkan tanpa sistem tersebut. Ruang untuk bateri standard dan unit VNEU diberikan untuk bateri lithium-ion moden. Oleh kerana itu, tempoh menyelam meningkat dua kali ganda berbanding dengan bateri generasi sebelumnya.
Sejak 2018pembinaan kapal selam projek Taigei baru, yang pada asalnya dikembangkan menggunakan pemasangan elektrik-diesel dan bateri lithium-ion, sedang dijalankan. Kapal utama projek baru telah dilancarkan, dan dua kapal lagi sedang dalam pembinaan sejak tahun lalu. Secara keseluruhan, ia dirancang untuk membangun tujuh kapal selam dengan penerimaan dalam perkhidmatan mulai 2022.
Terdapat banyak projek kapal selam ultra kecil, hanya dilengkapi dengan bateri. Di masa depan, seni bina ini mungkin dapat digunakan dalam projek "besar". Baru-baru ini, pembuat kapal Perancis membentangkan projek konsep SMX31E, yang menggabungkan banyak keputusan yang paling berani. Khususnya, kapal selam hanya menerima bateri dengan penempatannya dalam semua volume yang tersedia, termasuk. antara badan yang tahan lasak dan ringan. Bateri mesti dicas di dasar sebelum pergi ke laut.
Dianggarkan bahawa apabila diisi penuh, SMX31E akan dapat tenggelam selama 30-60 hari, bergantung pada kelajuan pemanduan dan penggunaan tenaga keseluruhan. Pada masa yang sama, ia dirancang untuk memastikan pengoperasian penuh semua peranti standard, tambahan, kompleks, dll.
Dalam proses evolusi
Oleh itu, dalam beberapa dekad kebelakangan ini, terdapat kemajuan yang signifikan dalam bidang VNEU untuk kapal selam bukan nuklear. Pelbagai varian sistem sedemikian dengan ciri dan kelebihan tertentu telah dikembangkan, diuji, diperkenalkan ke dalam proyek dan mulai digunakan. Walau bagaimanapun, walaupun pemasangan bebas udara terkini mempunyai kekurangan tertentu. Mereka tetap kompleks dan mahal, baik untuk pembuatan dan operasi.
Walaupun terdapat kelebihan dalam ciri-ciri taktikal dan teknikal, kapal selam bukan dengan kapal selam VNEU belum dapat menggantikan kapal selam elektrik-elektrik senibina "tradisional". Lebih-lebih lagi, yang terakhir sedang berkembang dan juga menggunakan teknologi dan komponen yang paling moden. Contoh persaingan yang sangat ketara antara kelas yang berbeza adalah pengembangan armada kapal selam Jepun, yang kembali ke skim diesel-elektrik pada tahap teknikal baru.
Nampaknya, persaingan antara pemasangan udara dan elektrik-elektrik bebas akan berterusan dalam masa yang akan datang - dan belum ada kegemaran yang jelas. Pada masa yang sama, jelas bahawa tentera laut dunia adalah pemenang. Mereka berpeluang memilih pilihan terbaik untuk loji kuasa yang memenuhi semua syarat.
