Якщо подивитися на сучасний підводний човен збоку, одна деталь одразу впадає в очі: його ніс зазвичай не гострий, а майже напівсферичний або еліптичний. На перший погляд це здається дивним. Автомобілі, літаки, швидкі кораблі та навіть багато морських тварин мають витягнуті форми, які допомагають зменшувати опір середовища.
- Перші підводні човни були схожі на звичайні кораблі
- Атомний реактор змінив саму філософію субмарин
- Перший атомний човен буквально оглушував сам себе
- USS Albacore змінив вигляд підводних човнів
- Конічний ніс міг би бути ще ефективнішим
- Усередині носа знаходиться один із найважливіших елементів корабля
- Для підводного човна швидкість — далеко не все
З підводними човнами все складніше. Загострений або конічний ніс справді міг би бути вигіднішим з погляду гідродинаміки, але максимальна швидкість для такого корабля далеко не завжди є головним параметром. Набагато важливіше першим виявити противника.
Саме це багато в чому й визначило знайомий вигляд сучасних субмарин.
Перші підводні човни були схожі на звичайні кораблі
Підводні човни часів Першої та Другої світових воєн виглядали зовсім не так, як сучасні атомні субмарини.
Їхні корпуси значною мірою нагадували надводні кораблі: вузький ніс, виражена палуба та конструкція, оптимізована не лише для руху під водою.
Причина була проста — більшу частину часу такі субмарини взагалі перебували на поверхні.
Дизельні двигуни потребували повітря, тому використовувати їх під водою було неможливо. Після занурення човен переходив на електромотори та акумулятори, запасу енергії яких вистачало лише на обмежений час. Під водою такі машини рухалися значно повільніше.
Тому занурення часто використовували переважно під час атаки або для того, щоб сховатися від противника.
За таких умов форма корпусу, оптимізована для руху по поверхні, мала сенс.
Ситуація радикально змінилася після появи атомних силових установок.
Атомний реактор змінив саму філософію субмарин
Першим атомним підводним човном став американський USS Nautilus, прийнятий на озброєння у 1954 році.
Ядерна енергетична установка дала підводним кораблям те, чого їм раніше критично бракувало: можливість надзвичайно довго залишатися під водою та рухатися без необхідності регулярно підніматися на поверхню для роботи дизелів.
У 1958 році Nautilus навіть став першим кораблем, який пройшов під Північним полюсом.
Теоретично запас енергії атомного реактора дозволяв роками не залежати від повітря з атмосфери. На практиці тривалість походів, звичайно, обмежували запаси їжі, потреби екіпажу та обслуговування. Але головна зміна вже відбулася: підводний човен перетворився з надводного корабля, здатного занурюватися, на машину, створену насамперед для життя під водою.
І тут виявилася нова проблема.
Перший атомний човен буквально оглушував сам себе
USS Nautilus отримав потужний на той час сонар, але конструкція корпусу багато в чому залишалася спадщиною попереднього покоління субмарин.
На високій швидкості потік води викликав сильні вібрації корпусу.
Після приблизно 7 вузлів шум ставав настільки значним, що починав заважати роботі власної гідроакустики корабля. Фактично субмарина могла рухатися швидше, але при цьому частково втрачала здатність нормально «чути» навколишній океан.
Для військового підводного човна це величезний недолік.
Субмарина може мати потужне озброєння та високу швидкість, але якщо противник виявить її першим, ці переваги можуть не допомогти.
Тому американські інженери почали експериментувати з принципово іншою формою корпусу.
USS Albacore змінив вигляд підводних човнів
Одним із найважливіших експериментальних кораблів став USS Albacore.
Він не мав атомної силової установки й використовував традиційну дизель-електричну схему, проте створювався майже виключно як платформа для дослідження руху під водою.
Корпус отримав округлий поперечний переріз, великий заокруглений ніс і поступове звуження до корми. За формою він нагадував краплю.
Результат виявився настільки вдалим, що Albacore був швидшим, маневренішим і тихішим за Nautilus, попри менш досконалу силову установку. Згодом подібну геометрію почали називати корпусом типу Albacore.
Таку форму використали на американських атомних підводних човнах класу Skipjack, а схожі рішення з’явилися і в інших країнах.
Саме звідси походить характерний округлий силует багатьох сучасних субмарин.
Але тут виникає цікаве питання.
Конічний ніс міг би бути ще ефективнішим
Гідродинаміка не закінчується на краплеподібній формі.
Дослідження показують, що ще більш загострений, а особливо конічний ніс може додатково зменшувати опір води. Потенційно це дозволяє підвищити максимальну швидкість, знизити енергоспоживання та навіть зменшити частину вібрацій корпусу.
Подібні форми легко знайти у природі: багато швидких морських тварин мають витягнуту передню частину тіла.
Чому ж військові інженери не використовують таке рішення?
Тому що носова частина підводного човна потрібна не лише для розсікання води.
Усередині носа знаходиться один із найважливіших елементів корабля
Головне завдання бойової субмарини — залишатися непомітною та виявити противника раніше, ніж противник виявить її.
Для цього використовується гідроакустичний комплекс.
У сучасних підводних човнах саме в носовій частині часто розташовується величезна сферична або дугоподібна сонарна антена. Чим більшою є її площа, тим більше можливостей має система для приймання слабких акустичних сигналів.
Інженерам необхідно знайти компроміс: зробити корпус достатньо обтічним, але водночас залишити всередині носової частини багато простору.
Конічна форма в цьому випадку невигідна — вона поступово звужується саме там, де бажано розмістити великий сонарний комплекс.
Округлий або еліптичний ніс, навпаки, забезпечує значний внутрішній об’єм і водночас залишається достатньо ефективним із гідродинамічного погляду.
Додатково конструкторам потрібно знайти місце для торпедних апаратів та іншого обладнання. У різних класах субмарин їх розташування відрізняється, але простір у передній частині корпусу залишається надзвичайно цінним.
Для підводного човна швидкість — далеко не все
Саме тому форма сучасної субмарини є результатом компромісу, а не спробою отримати мінімально можливий опір води.
Гострий ніс теоретично міг би дати кілька додаткових переваг у русі. Але підводний човен, який трохи швидший, зате гірше виявляє противника, для військових може бути менш ефективним.
У підводному бою часто вирішує не те, хто швидше рухається, а хто раніше почув іншого.
Тому характерний округлий ніс сучасних субмарин — не ознака недосконалої аеродинаміки чи консерватизму конструкторів. Навпаки, це результат десятиліть випробувань, під час яких інженери зрозуміли, що найкраща форма підводного човна визначається не лише водою навколо нього, а й обладнанням, яке потрібно розмістити всередині.
