Текст книги "Подводный флот специального назначения"

Автор книги: Александр Новиков

Соавторы: Олег Прокофьев,Виталий Максимов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 6 страниц)

Первой близкой к современным камерой, по-видимому, следует считать подводную камеру Ганса Гартмана, которую он построил в 1911 г. Камера Гартмана была оборудована специальной оптической системой для фотографирования на расстоянии до 38 м. Для освещения камеры применялись аккумуляторные батареи. Углекислота, выделяемая при дыхании человека, поглощалась специальным прибором. В этой камере, спускаемой и поднимаемой на стальном тросе, Гартман сумел достичь глубины 458 м.

Следующей подводной камерой был советский гидростат, сконструированный в 1923 г. инженером Г. И. Даниленко (рис. 2).

Рис. 2. Гидростат Даниленко.

Корпус гидростата – клепаный цилиндр со сферическими донышками. Он имел иллюминатор с наружным освещением для наблюдения. Для аварийного всплытия в нижней части гидростата размещался балласт, привод отдачи которого приводился в действие изнутри камеры.

При помощи гидростата Г. И. Даниленко производились поиски затонувших кораблей. Так, в Черном море был найден английский корабль «Черный принц», а в Финском заливе – канонерская лодка «Русалка», затонувшая в 1893 г.

Определенный интерес представляет подводная камера, сконструированная в США в 1925 г. и рассчитанная на погружение до глубин 1000 м. Камера представляла собой двухстенный стальной цилиндр диаметром 75 см, под днищем которого находился балласт, удерживаемый электромагнитами. В воде камера могла вращаться вокруг вертикальной оси и наклоняться на небольшой угол для осмотра дна, что осуществлялось с помощью трех гребных винтов. Камера была оборудована приспособлениями для захвата морских организмов, просверливания отверстий в бортах судов и закладывания подъемных крюков. Внутри камеры размещались приборы для определения глубины, компас, электрические грелки, хронометр, фотоаппаратура, термометры для измерения температуры воды, телефон для связи с поверхностью. Экипаж из 2 человек мог находиться в камере под водой в течение 4 ч. Камера использовалась для исследования древних городов Карфагена и Позиллино, а также для отыскания затонувших кораблей. На глубину 1000 м эта камера так и не опускалась.

В 1929 г. американцы Д. Бартон и В. Биб, использовав опыт постройки предыдущей камеры, создали глубоководную камеру, названную ими батисферой[3]3
  Батисфера – от греческих слов «батис» – глубокий и «сфера» – шар.


[Закрыть]. В этой камере отважные исследователи опустились в 1930 г. в Атлантическом океане у Бермудских островов на глубину 240 м.

После значительного числа пробных погружений без людей и введения ряда усовершенствований в конструкцию и оборудование батисферы 15 августа 1934 г. Биб и Бартон совершили свое известное погружение на глубину 923 м. Эта глубина лимитировалась тросом, имевшим длину 1067 м. Следует отметить, что наблюдения, выполненные исследователями во время спуска, сыграли определенную роль для дальнейшего изучения морских глубин.

В 1937 г. в нашей стране под руководством академика Ю. А. Шиманского был спроектирован гидростат, являвшийся крупным научным и техническим достижением для своего времени.

Гидростат, предназначенный для спусков на глубину до 2500 м и рассчитанный на пребывание в нем двух человек в течение 10 ч, был оборудован научно-исследовательскими приборами общим весом 600 кг. Для визуального наблюдения, а также для производства фото– и киносъемок в корпусе гидростата имелись два иллюминатора. Погружение и всплытие гидростата осуществлялось самостоятельно. Для погружения в уравнительную цистерну принималась вода; регулировкой приема воды или ее откачки достигалось погружение или всплытие с желаемой скоростью. При необходимости всплытие гидростата могло быть ускорено отдачей двух твердых грузов весом до 150 кг. Для увеличения скорости погружения к гидростату дополнительно подвешивался груз на тросе длиной около 100 м, который одновременно предохранял камеру от ударов о дно моря или подводные препятствия.

Перемещение гидростата в горизонтальной плоскости осуществлялось с помощью гребного винта, приводимого в действие электрическим мотором мощностью 2 л. с. Скорость горизонтального перемещения составляла около 0,3 м/сек на расстояние до 3 км. Для вращения гидростата вокруг вертикальной оси служил инерционный механизм, состоящий из массивного маховика на вертикальной оси, приводимого во вращение электромотором мощностью 0,4 л. с. со скоростью около 45° в минуту. Вес гидростата составлял 10,5 т; его опускание на глубину 2500 м осуществлялось за 20 мин, а подъем с этой глубины за 10–15 мин.

В течение последних 20 лет гидростаты строились в ряде стран. Так, в 1944 г. в СССР был построен гидростат ГКС-6, автором проекта которого был инженер А. 3. Каплановский. В Японии в 1951 г. был построен гидростат «Куро-Сио», а в Италии в 1957 г. вступил в строй гидростат конструкции Галеацци. Построен был также гидростат и во Франции.

Однако зависимость от корабля-носителя и необходимость опускания на трос-кабеле ограничивают использование гидростатов и батисфер и ставят под сомнение надежность их эксплуатации. Поэтому ученые и конструкторы считают, что ныне назрела необходимость в создании автономных подводных камер.

Проблема конструирования подобной камеры была решена швейцарским ученым Огюстом Пикаром[4]4
  Заметим, что гидростат Ю. А. Шиманского, проект которого был разработан еще в 1937 г., был выполнен также автономным.


[Закрыть]. Субсидируемый Бельгийским национальным фондом научных исследований, Огюст Пикар построил в сентябре 1948 г. батискаф ФНРС-2, способный погружаться на большие глубины.

В 1953 г. в Италии при непосредственном участии Огюста Пикара был построен новый батискаф «Триест», с помощью которого удалось достигнуть глубины 10 911 м.

В последние годы за рубежом проектируются и строятся самые разнообразные подводные камеры, отличающиеся друг от друга по своему назначению и техническим данным. В целях систематизации изложения материала авторы сочли необходимым классифицировать подводные камеры по наиболее существенным признакам (рис. 3):

Рис. 3. Классификация подводных камер.

А. В зависимости от глубины погружения:

– на подводные камеры больших глубин (глубоководные камеры), погружающиеся на 200 м и более[5]5
  Диапазон глубин от 200 до 11 022 м (наибольшая из известных глубин Мирового океана) очень велик, и поэтому подводные камеры, рассчитанные на глубину погружения до 5000–7000 м, иногда называют камерами средних глубин.


[Закрыть];

– на подводные камеры малых глубин, погружающиеся менее чем на 200 м.

Б. В зависимости от обеспечивающего надводного судна – носителя:

– на неавтономные подводные камеры, связанные при погружении (всплытии) и работе с обеспечивающим надводным судном-носителем тросом или трос-кабелем;

– на автономные подводные камеры, которые погружаются, всплывают и передвигаются самостоятельно с помощью собственных энергетических установок.

Автономные подводные камеры по способу погружения и всплытия в свою очередь можно подразделить на три группы:

1-я группа – батискафы, погружение и всплытие которых происходит так же, как у дирижабля. Как известно, для подъема дирижабля отдают груз или отвязывают стропы, соединяющие дирижабль с тяжелым грузом на земле, а для приземления выпускают более легкий, чем воздух, газ из баллона. Точно так же погружаются и всплывают спроектированные на этом принципе подводные камеры: сначала выпускают более легкую, чем вода, жидкость из поплавка и камера при этом погружается, а затем для всплытия камеры отдают груз. Однако при проектировании подводных камер должно непременно учитываться давление воды, соответствующее глубине погружения. Отсюда вместо сжимаемого легкого газа в подводных камерах применяется практически несжимаемая жидкость, а сама гондола, где находятся люди, выполняется герметичной, способной выдерживать огромное давление воды.

2-я группа – подводные камеры, погружение и всплытие которых происходит так же, как у вертолета. Для погружения и всплытия камеры служит винт, вращение которого вокруг вертикальной оси создает тягу.

В зависимости от направления тяги подводная камера либо всплывает, либо погружается. Так как подобные камеры обычно рассчитываются на погружение до 5000–7000 м, их называют мезоскафами[6]6
  Мезоскаф – от греческих слов «мезос» – средний и «скафос» – корабль (лодка).


[Закрыть].

3-я группа – подводные камеры, погружение и всплытие которых осуществляется так же, как у обычных подводных лодок, т. е. с помощью заполнения или осушения балластных цистерн. При заполнении цистерн забортной водой подводная камера погружается, а при вытеснении воды из цистерны сжатым воздухом или газом – всплывает.

Подводные камеры, спроектированные на таком принципе погружения и всплытия, обычно называют научно-исследовательскими подводными лодками. Заметим, что продувание балластных цистерн сжатым воздухом или газом рационально лишь на глубинах менее 1500 м. Поэтому часто научно-исследовательские подводные лодки дополнительно к системе продувания балластных цистерн имеют еще вертикально расположенные винты и отдаваемый при необходимости твердый балласт.

Как неавтономные, так и автономные камеры больших и малых глубин могут быть обитаемыми (т. е. с людьми на борту) и необитаемыми. Успехи науки и техники позволяют создавать камеры, которые выполняли бы функции без нахождения в них человека, и такие камеры в настоящее время уже имеются. Тем не менее следует отметить, что большая часть построенных или проектируемых камер выполняется в обитаемом варианте. В дальнейшем, чтобы не затруднять изложения, авторы не станут подразделять камеры на обитаемые или необитаемые, однако при описании конкретных типов камер на это обстоятельство будет специально указываться.

НЕАВТОНОМНЫЕ ПОДВОДНЫЕ КАМЕРЫ БОЛЬШИХ ГЛУБИН

Неавтономные подводные камеры, связанные с обеспечивающим судном тросом или трос-кабелем, подразделяют на гидростаты, батисферы и подводные роботы.

Известно, что прочность корпуса любой подводной камеры, выдерживающей огромное давление воды, зависит не только от материала и толщины стенок корпуса, но также и от его формы. Наименее прочны при больших гидростатических давлениях корпуса камер с плоскими стенками, более прочны круговые цилиндрические корпуса и очень прочны сферические корпуса.

Подводные камеры с оболочками круговой цилиндрической формы называют гидростатами, а камеры, имеющие сферическую форму корпуса, – батисферами.

К неавтономным подводным камерам относятся также подводные роботы, управляемые на расстоянии по кабелю или действующие по заранее заданной программе и предназначенные, как правило, для производства работ на больших глубинах.

Ниже приведены некоторые конструкции отечественных и зарубежных гидростатов, батисфер и подводных роботов.

Гидростаты

Гидростат ГКС-6 (рис. 4) был построен в СССР в 1944 г. по проекту инженера А. 3. Каплановского.

Рис. 4. Подъем гидростата ГКС-6 на борт судна-базы.

Рассчитанный на размещение одного человека, этот гидростат состоял из двух стальных цилиндров: верхнего диаметром 800 мм и нижнего диаметром 680 мм, между которыми был вставлен пояс в виде усеченного конуса. Гидростат высотой 2,635 м и весом 1120 кг имел грушеобразную форму со сферическими днищами, что придавало ему хорошую остойчивость, особенно при погружении.

Наблюдатель размещался внутри ГКС-6 на вращающемся стуле и мог вести обзор через пять иллюминаторов, прорезанных в корпусе. При аварийном всплытии достаточно было отдать прикрепленный к днищу груз, чтобы сообщить гидростату положительную плавучесть, равную 60 кг.

Параллельно держащему стальному тросу к гидростату подводились электрический и телефонный кабели. Единственным потребителем электрической энергии был прожектор, установленный снаружи корпуса. Регенерационная установка ГКС-6 состояла из запаса кислорода, хранившегося в баллоне, и поглотителя углекислоту.

При проектировании гидростат рассчитывался на глубину погружения 400 м, однако использовался только на глубинах до 70 м.

С помощью гидростата ГКС-6 были получены важные сведения о жизни рыб, о строении и форме косяков, о реагировании трески и пикши на различные источники шумов, ультразвук и свет прожекторов, а также проведены ценные наблюдения за работой рыболовных тралов. Так, было установлено, что тралы имели малое вертикальное раскрытие, равное всего 2,5 м, в то время как высота рыбного косяка достигает 12 м.

Гидростат ГГ-57 Гипрорыбфлота (рис. 5) был спроектирован в СССР в 1957 г. и ныне находится в эксплуатации.

Рис. 5. Внешний вид гидростата ГГ-57 Гипрорыбфлота.

Его постройка связана с тем, что гидростат ГКС-6 не мог погружаться на необходимую для научных исследований глубину и не имел современного оборудования.

Основные характеристики гидростата ГГ-57: расчетная глубина погружения 600 м, объемное водоизмещение (при аварийном всплытии) 2,21 м³, вес с балластом (аварийным грузом) в воздухе 2,37 т, положительная плавучесть при аварийном всплытии 70 кг, отрицательная плавучесть при нормальной эксплуатации 103 кг, вес балласта 246 кг, наибольшая высота 3,35 м, наибольший диаметр 1,25 м, начальная метацентрическая высота в надводном положении без балласта 6 см.

Корпус гидростата, изготовленный из прочной легированной стали, выполнен в виде двух поставленных друг на друга цилиндров: верхнего диаметром 1,10 м и нижнего диаметром 0,80 м, соединенных между собой усеченной конической вставкой. Днища гидростата выполнены в виде полусфер. В корпусе толщиной 12–16 мм имеется 5 иллюминаторов диаметром 140 мм, изготовленных из органического 60-мм стекла. Для осмотра морского дна иллюминаторы размещены в конусной части корпуса на равных расстояниях друг от друга под углом к горизонтали 75° и направлены в сторону дна.

Для аварийного всплытия гидростата предусмотрены два варианта устройств отдачи балласта с одновременным обрезанием троса и кабеля. Первый вариант устройства– гидравлический, работающий за счет гидростатического давления столба воды, которое при принятых размерах конструкции устройства (точнее, при выбранном диаметре поршня) на глубине 600 м создает силу в 1500 кг. Второй вариант устройства – механический, предусматривающий аварийную отдачу балласта с помощью специального шпинделя.

На гидростате установлены мощный прожектор (0,75 квт при силе света ламп ближнего и дальнего действия 50 000 и 10 000 свечей) и лампа-вспышка с автоматическим включением для фотографирования. Для удобства работы и наблюдения из любого иллюминатора прожектор и лампа-вспышка установлены на кронштейне, который может поворачиваться вокруг вертикальной оси на 400°. Все повороты и наклоны осветительных приборов (вниз на 62° и вверх на 22°) производятся с помощью электрогидропривода. Для подачи электроэнергии в камеру и телефонной связи с поверхностью использован единый кабель с разрывным усилием 1000 кг. Диаметр спускового стального троса 25 мм. Диаметр входного люка 450 мм; уплотнение между крышкой и комингсом люка выполнено в виде резинового кольца. Для смягчения рывков, которые передаются гидростату при качке судна-носителя на волнении, в систему подвески камеры включен пружинный амортизатор.

Для создания условий, обеспечивающих нормальную работу исследователей в течение 6 ч, в камере гидростата установлено следующее оборудование: фотометр для измерения горизонтальной освещенности воды, шкала Фореля-Ула для определения цвета воды, термометр, газоанализатор для определения содержания кислорода и углекислоты, психрометр для определения влажности воздуха в гидростате, барометр для определения давления воздуха, глубиномер для определения глубины погружения, электромагнитный компас, регенератор воздуха для поглощения углекислоты и выделения кислорода, а также фото– и киноаппараты. Последние установлены на кольцевом направляющем полозе таким образом, чтобы можно было вести киносъемку против любого из пяти иллюминаторов (рис. 6).

Рис. 6. Внутреннее устройство гидростата ГГ-57 Гипрорыбфлота: 1 – сварной корпус с наружными ребрами жесткости; 2 – входной люк; 3 – поворотный прожектор и лампа-вспышка; 4 – устройство для отдачи троса; 5 – масляный электронасос гидравлической системы поворота прожектора; 6 – компас; 7 – киноаппарат на кольцевой направляющей; 8 – иллюминатор; 9– поворотный стул; 10 – устройство для отдачи балласта; 11 – балласт (чугунная плита).

В отечественной литературе гидростат Гипрорыбфлота ГГ-57 иногда называют батистатом «Север-1».

Гидростат «Куро-Сио» построен в Японии в 1951 г. Он рассчитан на двух наблюдателей и может погружаться на глубину до 200 м (рис. 7).

Рис. 7. Схематическое изображение гидростата «Куро-Сио»: 1 – вертлюг; 2 – «уздечка» подъемного троса; 3 – наблюдательная камера; 4 – воронка для биологических проб; 5 – шасси с грузом; 6 – вращающийся прожектор.

Камера гидростата имеет диаметр 1,48 м и высоту 1,58 м, толщина ее стенок 14 мм, толщина сферических днищ 26 мм, вес в сборе 3,38 т. Стальной трос диаметром 20 мм крепится к вертлюгу, предохраняющему трос от закручивания.

В отличие от других гидростатов «Куро-Сио» снабжен четырехлопастным гребным винтом и рулями, что дает ему некоторую самостоятельность в перемещении, например при покладке на дно. Для обеспечения кругового обзора камера может поворачиваться относительно деревянного шасси. Для аварийного всплытия отдаются шасси с балластом и рули, имеющие отрицательную плавучесть. Кроме того, гидростат может быть поднят при помощи запасного троса, прикрепленного к плавающему на поверхности моря бую.

В гидростате имеется 7 иллюминаторов с органическими стеклами – 5 вверху и 2 внизу корпуса. Для защиты от попадания воды через неисправный иллюминатор предусмотрены стальные заглушки, закрывающиеся автоматически при воздействии на них давления воды. Улучшению обзора помогает специальная система зеркал.

Входной люк гидростата диаметром 450 мм может открываться и закрываться как изнутри камеры, так и снаружи. Электрический и телефонный кабели помещены в общую парусиновую оболочку для удобства наматывания на вьюшку.

Запас кислорода хранится в единственном баллоне. Контроль за расходом кислорода осуществляется при помощи простого устройства в виде стеклянного сосуда с водой, проходя через которую кислород «пробулькивает» (зная скорость «пробулькивания», можно определить расход кислорода). В гидростате имеется поглотитель углекислоты, состоящий из металлических сеток с 2 кг каустической соды и углекислого натрия. Для улучшения очистки воздуха от углекислоты его прогоняют через поглотитель электровентилятором. Влага поглощается силикагелем.

Гидростат снабжен гребным электродвигателем мощностью 2 л. с. для вращения четырехлопастного чугунного винта, с помощью которого гидростат двигается вдоль дна с небольшой скоростью. Управление двигателем позволяет менять не только его обороты, но и направление вращения.

Для ориентации под водой в гидростате установлены гирокомпас, два глубиномера и два кренометра. Кроме того, на нем размещены: специальное устройство для взятия проб грунта, распределительный электрощит, эхолот для своевременного обнаружения препятствий и рыбных косяков, телефон для связи с поверхностью, два прожектора мощностью по 500 вт, один из которых установлен на управляемой поворотной раме, а другой – неподвижно в нижней части гидростата. Лампы прожекторов заключены в прочные стальные оболочки с плексигласовыми иллюминаторами. Рядом с каждым прожектором установлено по одной ксеноновой лампе-вспышке для фотографирования.

Гидростат «Куро-Сио» предназначен для изучения жизни и поведения различных видов рыб, а также исследования континентальной отмели в омывающих Японию морях. Недостатком гидростата является малая глубина погружения.

Гидростаты конструктора Галеацци, построенные в 1957 г. в Италии, предназначены для проведения научных исследований, осмотра морского дна, а также фото-и киносъемок на глубинах 300 и 600 м (рис. 8, 9).

Рис. 8. Гидростат Галеацци на 300 м.

Рис. 9. Гидростат Галеацци на 600 м.

Гидростаты, рассчитанные на глубину погружения 300 м (первый вариант) и 600 м (второй вариант), имеют следующие основные весо-габаритные характеристики[7]7
  Числитель относится к гидростату первого варианта, знаменатель – к гидростату второго варианта.


[Закрыть]:

вес в воздухе с балластом без оператора – 750/1155 кг;

вес в воздухе без балласта и без оператора 450/780 кг;

вес балласта 300/300 кг;

высота наибольшая 2250/1940 мм;

диаметр наибольший 960/1170 мм;

диаметр спускового стального некрутящегося троса 10,5/15.0 мм.

Внешний корпус выполнен в виде соединенных между собой сферических секций.

Гидростаты рассчитаны на одного оператора, сидящего на вращающемся стуле. Для улучшения обзора гидростаты имеют 12 (первый вариант) и 16 (второй вариант) иллюминаторов, расположенных в два ряда в шахматном порядке и развернутых под углом вверх и вниз. Диаметры иллюминаторов в свету 6x160, 6x127 мм для первого варианта и 8x127 и 8x100 мм для второго варианта. Толщина кварцевых стекол всех иллюминаторов 28 мм. Снаружи иллюминаторы защищены металлическими фланцами и амортизаторами с резиновыми прокладками. Для защиты основных стекол от случайных ударов перед каждым иллюминатором установлены защитные стекла меньшей толщины (7 мм). Между наружными (защитными) и внутренними (основными) стеклами циркулирует вода. Основные стекла иллюминаторов выдерживают нагрузку от 120 до 300 атмосфер в зависимости от диаметров стекол. Кроме бортовых иллюминаторов, на гидростатах обоих вариантов для обзора непосредственно над камерой в крышке корпуса имеется по два смотровых иллюминатора диаметром 2x64 мм с толщиной стекол 25 мм.

Для аварийного всплытия предусмотрена отдача балласта, расположенного в нижней части гидростата. Одновременно имеется стопорное устройство, предотвращающее непредвиденное отделение балласта. Для предохранения гидростата от ударов о грунт при быстром погружении балласт подвешен на двухметровом тросе. После отделения балласта и спускового стального троса диаметром 15 мм и перерезания телефонного кабеля гидростат, приобретая положительную плавучесть 40–60 кг, всплывает со скоростью 2 м/сек и удерживается на поверхности в вертикальном положении.

Гидростаты имеют систему регенерации воздуха, включающую кислородные баллоны с запасами кислорода на 3 ч для первого варианта и на 6 ч для второго варианта и по два патрона с едким натром специального перезаряжающего устройства Галеацци. На гидростатах установлены телефон и остеофон, предназначенные для связи с обеспечивающим судном.

Гидростат, рассчитанный на глубину погружения 600 м, имеет самостоятельное подводное освещение, в которое входят 3 лампы по 1000 вт, питающиеся от аккумуляторной батареи емкостью 120 а•ч. Освещение тремя лампами рассчитано на 50 мин, а одной аварийной лампой на 4 ч.

В 1957 г. гидростаты Галеацци успешно погружались на глубины до 350 и 650 м, на которых пробыли около часа. Небольшие размеры и вес этих гидростатов, надежность всех узлов создали им популярность среди исследователей многих стран.