Размагничивание корабля
--Serenus:ru (обсуждение) 20:11, 20 ноября 2023 (UTC)
Содержание
Причины намагничивания корпуса корабля
При плавании корабль обычно многократно пересекает силовые линии магнитного поля Земли под разными углами. В результате происходит намагничиванре его металлического корпуса корабля.
Снижение магнитного поля корабля может достигаться двумя путями:
- применением в конструкции корпуса, оборудования и механизмов корабля маломагнитных или немагнитных материалов;
- проведением размагничивания корабля.
Применение маломагнитных и немагнитных (парамагнитных, диамагнитных) материалов в корабельных конструкциях позволяет снизить намагничивание корабля. При строительстве специализированных кораблей (тральщиков, минных заградителей) сейчас используются такие материалы как стеклопластик, пластмассы, алюминиевые сплавы и т. д. В корпусах некоторых атомных подводных лодок некоторых проектов применяются сплавы титана, которые являются маломагнитными материалами. Однако, если даже корпусные конструкции кораблей созданы из маломагнитных материалов, то корабельные механизмы чаще всего изготавливаются из ферромагнитных металлов. Поэтому в настоящее время основным способом магнитной защиты большинства кораблей является их размагничивание.
История размагничивания кораблей
Термин был впервые использован тогдашним командующим Чарльзом Ф. Гудивом, Королевским канадским военно-морским добровольческим резервом, во время Второй мировой войны, когда он пытался противостоять немецким магнитным морским минам, которые сеяли хаос в британском флоте.
Мины обнаружили усиление магнитного поля, когда сталь на корабле сконцентрировала над собой магнитное поле Земли. Ученые Адмиралтейства, включая Гудива, разработали ряд систем для наведения на корабль небольшого поля "N-полюсом вверх", чтобы компенсировать этот эффект, а это означает, что чистое поле было таким же, как фоновое. Поскольку немцы использовали Гаусса в качестве единицы измерения напряженности магнитного поля при срабатывании своих мин (пока это не стандартная мера), Гудив называл различные процессы противодействия минам "размагничиванием". Этот термин стал нарицательным.
Первоначальный метод размагничивания заключался в установке электромагнитных катушек на кораблях, известный как намотка. В дополнение к возможности постоянного смещения корабля, намотка также позволяла менять поле смещения на противоположное в южном полушарии, где мины были установлены для обнаружения полей "S-полюса вниз". Британские корабли, особенно крейсера и линкоры, были хорошо защищены примерно к 1943 году.
Установка такого специального оборудования была, однако, слишком дорогой и сложной для обслуживания всех кораблей, которые в ней нуждались, поэтому военно-морской флот разработал альтернативу под названием протирание, которую также разработал Гудив, и которая теперь также называется обеззараживанием. При этой процедуре вдоль борта корабля тянулся большой электрический кабель, по которому проходил импульс около 2000 ампер. Это создавало соответствующее поле в корабле в виде небольшого смещения. Первоначально предполагалось, что шум моря и работа двигателей корабля постепенно приведут к рандомизации этого поля, но в ходе тестирования было установлено, что это не является реальной проблемой. Позже была осознана более серьезная проблема: когда корабль проходит через магнитное поле Земли, он будет медленно улавливать это поле, нейтрализуя эффекты размагничивания. С тех пор капитанам было приказано менять направление как можно чаще, чтобы избежать этой проблемы. Тем не менее, в конце концов смещение прошло, и размагничивание судов приходилось проводить по расписанию. Небольшие корабли продолжали использовать размагничивание на протяжении всей войны.
Чтобы помочь эвакуации из Дюнкерка, британцы "уничтожили" 400 кораблей за четыре дня.[1]
Во время Второй мировой войны военно-морской флот Соединенных Штатов ввел в эксплуатацию специализированный класс кораблей для размагничивания, которые были способны выполнять эту функцию. Один из них, USS Deperm (ADG-10), был назван в честь процедуры.
В СССР в самом начале Великой Отечественной войны проблему размагничивания кораблей для защиты от магнитных морских мин решал И. В. Курчатов. В августе 1941 года Курчатов вместе с А. П. Александровым в Севастополе организовали размагничивание кораблей Черноморского флота[1]. Созданная ими «система ЛФТИ[3]» была установлена на более чем сто кораблей и обеспечила полную защиту от немецких магнитных мин.
Работой, имевшей важное оборонное значение, стали эксперименты по борьбе с неконтактными магнитными минами — смертоносным оружием, которое преимущественно сбрасывалось с самолетов-миноносцев в фарватерах, бухтах, вблизи портов. Если Курчатов, видимо, способствовал переезду Александрова в Ленинград и подключению его к научным исследованиям ЛФТИ, то теперь последний предложил включить в группу по размагничиванию кораблей Игоря Курчатова — оба убыли в Севастополь в начале августа 1941 года.
Группа физиков использовала так называемое обмоточное размагничивание корабля с помощью мощных магнитных полей "по методу ЛФТИ". Порядка 100 кораблей Черноморского флота подверглись размагничиванию, что заметно способствовало резкому сокращению наших потерь от минного оружия. Немцы, конечно, модернизировали оружие: ставили на магнитные мины световые и гидравлические датчики. Но все же эффект от проведенной работы был значительным. Это относилось и к акватории Нижней Волги, где магнитные мины также создавали большую угрозу судоходству[4].
4 августа 1941 года в Севастополь прибыла группа английских офицеров, в которую были включены 2 специалиста по размагничиванию кораблей: начальник станции безобмоточного размагничивания на Темзе лейтенант-командор Лейстер и лейтенант из Шотландии Джойнс. Для ознакомления с английским опытом были выделены А. Р. Регель, Ю. С. Лазуркин, Б. А. Ткаченко, М. Г. Алексеенко, А. С. Шевченко, И. И. Волович и М. С. Рабинович[5].
После войны возможности магнитных взрывателей были значительно улучшены за счет обнаружения не самого поля, а изменений в нем. Это означало, что размагниченный корабль с магнитной "горячей точкой" все равно привел бы в действие мину. Кроме того, была также измерена точная ориентация поля, чего простое поле смещения не могло устранить, по крайней мере, для всех точек на корабле. Для компенсации этих эффектов была введена серия все более сложных катушек, а современные системы включают не менее трех отдельных наборов катушек для уменьшения поля по всем осям
________________________________________________
Обычно их посещали военные корабли, и большая часть флота затем подвергалась масштабному процессу размагничивания, в результате чего их корпуса имели небольшой уклон "на юг", что сводило эффект концентрации почти к нулю.
Первоначально крупные военные корабли и десантные корабли имели медную катушку размагничивания, установленную по периметру корпуса, которая включалась от электрической системы корабля всякий раз, когда он находился в водах с подозрением на магнитное заминирование. Одними из первых, оснащенных таким образом, были авианосец HMS Ark Royal и лайнеры RMS Queen Mary и RMS Queen Elizabeth. Это была фотография одного из таких лайнеров в гавани Нью-Йорка, на которой была изображена катушка размагничивания, которая открыла немецкой военно-морской разведке тот факт, что британцы использовали методы размагничивания для борьбы со своими магнитными минами.[33] Считалось, что это непрактично для небольших военных кораблей и торговых судов, главным образом потому, что на кораблях не хватало генерирующей мощности для подачи энергии на такую катушку. Было обнаружено, что "протирание" токонесущего кабеля вверх и вниз по корпусу корабля[34] временно уничтожает магнитную сигнатуру корабля в достаточной степени, чтобы свести угрозу к нулю. Это началось в конце 1939 года, и к 1940 году торговые суда и более мелкие британские военные корабли были в основном неуязвимы в течение нескольких месяцев кряду, пока они снова не создали поле.
Способы размагничивания
Одним из самых важных целевых параметров при проведении размагничивания корабля является «глубина защиты». Глубиной защиты называют такую наименьшую глубину под килем, на которой после размагничивания корабля напряженность его магнитного поля практически равна нулю. В этом случае обеспечивается несрабатывание неконтактных взрывателей мин и торпед.
При проведении размагничивания, из-за эффекта магнитного гистерезиса, как правило, невозможно полностью свести магнитное поле корабля к нулю, поэтому после этой процедуры обычно остается очень малое «известное» поле, называемое «смещением».
Основными задачами процедуры размагничивания являются:
- уменьшение всех составляющих напряженности магнитного поля корабля до пределов, установленных специальными нормами;
- обеспечение стабильности размагниченного состояния корабля.
Различают «обмоточное» и «безобмоточное» размагничивание корабля.
Безобмоточное размагничивание
При проведении безобмоточного размагничивания корабль подвергают воздействию внешнего магнитного поля на стационарных или подвижных станциях (стендах) размагничивания.
В ходе процедуры корпус корабля подвергается воздействию затухающего переменного и постоянного магнитных полей, либо кратковременному воздействию только постоянного магнитного поля, в результате чего собственное магнитное поле корабля уменьшается до определенных норм. Сам корабль при этом методе никаких стационарных размагничивающих обмоток не имеет.
Основными недостатками метода безобмоточного размагничивания являются низкая стабильность размагниченного состояния корабля, невозможность компенсации индуктивных составляющих собственного магнитного поля корпуса и длительность процесса безобмоточного размагничивания.
Обмоточное размагничивание
Обмоточное размагничивание предусматривает компенсацию магнитных полей корабля полями от стационарных обмоток, смонтированных на корпусе, и питаемых током от специальных источников. Совокупность системы обмоток, источников питания, а также аппаратуры управления и контроля составляет размагничивающее устройство (РУ) корабля.
РУ рассчитывается так, чтобы магнитное поле, создаваемое током, протекающим по обмотке, представляло в любой момент времени зеркальное отображение собственного магнитного поля корабля, т. е. в каждой точке под кораблем было равно полю корабля по величине и противоположно по знаку.
Размагничивающее устройство рассчитывается таким образом, что позволяет компенсировать магнитное поле корабля с учетом курсовых и широтных изменений. РУ состоит из нескольких самостоятельных обмоток различного назначения. Современное РУ — это многотонные сети из нескольких петель размагничивания, образованные медными электрическими кабелями. Кабели уложены внутри корпуса корабля и опутывают его с верху до низу со всех сторон.
Наряду с обмоточным размагничиванием, надводные корабли и подводные лодки периодически подвергаются безобмоточному размагничиванию. При применении двух методов размагничивания — обмоточного и безобмоточного, достигается максимальное снижение магнитного поля корабля.
Суда размагничивания
Суда размагничивания предназначены для осуществления специальных мер по безобмоточному размагничиванию кораблей в местах, где для этого нет специальных стационарных стендов.
Судно размагничивания часто имеет корпус, изготовленный из маломагнитной стали, оснащено механизмами в маломагнитном исполнении, а механизмы в обычном исполнении снабжены собственными компенсационными обмотками размагничивания. Судно оснащается специальной энергетической установкой для обеспечения размагничивания других кораблей. Также имеется необходимая измерительная аппаратура и значительное количество специального кабеля,
Суда размагничивания могут быть переоборудованными боевыми кораблями или гражданскими судами, или могут быть специально спроектированы для выполнения этой роли.
Размагничивание корабля в искусстве
Эксперименты по размагничиванию кораблей во время Второй мировой войны в США могли послужить поводом для возникновения легенды о «Филадельфийском эксперименте». По мотивам этой легенды было снято несколько научно-фантастических фильмов. Одной из самых, пожалуй, известных, является экранизация 1984 года: научные эксперименты по изучению эффекта «невидимости» приводят к возникновению временного вихря, в который попадает эсминец ВМС США «Элдридж» из 1943 года, и часть территории военной базы из 1984 года. Герои фильма разрушают вихрь, предотвращая надвигающуюся мировую катастрофу.
См. также
Примечания
- ↑ На гражданских судах размагничивание применяется для снижения девиации магнитного компаса.
- ↑ Размагничивание также используется для уменьшения магнитных полей в мониторах электронно-лучевыми трубками и для уничтожения данных, хранящихся на магнитном носителе.
- ↑ Ленинградский физико-технический институт.
- ↑ По признанию самого Анатолия Александрова, он особо гордился двумя медалями — "За оборону Севастополя" и "За оборону Сталинграда", полученными как раз за проведение работ по размагничиванию кораблей и судов.
Литература и источники информации
Электромагнитная катушка технологии HTS (HTS — Hochtemperatursupraleitung — высокотемпературная сверхпроводимость) сделана из специального керамического материала, удельное сопротивление которого в десятки раз ниже, чем у электротехнической меди. Это означает, что для создания компенсирующего магнитного поля требуется гораздо меньше энергии, дополнительно к этому, керамические проводники позволяют сэкономить около 80 процентов веса. Керамические катушки охлаждаются криогенным компрессором до температуры близкой к — 240° С, что позволяет использовать в катушках плотности тока в 100–200 раз превышающие плотности тока, допустимые для таких проводников при комнатной температуре. Система размагничивания HTS, в полной конфигурации, позволяет сэкономить до 50 процентов веса, по сравнению с традиционной системой, что является неплохим показателем с точки зрения экономии топлива, и позволит кораблю взять на борт большее количество другой полезной нагрузки
Исследования возможности использования ВТСП материалов для размагничивания кораблей является одной из вех на пути создания судового электрооборудования нового поколения.
Представленный размагничивающий ВТСП кабель состоит из сверхпроводника длиной 40 м. При достигнутом уровне в 4100 ампер-витков — типичном для традиционных размагничивающих кабелей с медными жилами, которые применяются на военных кораблях в настоящее время, — новый ВТСП кабель рассчитан на рабочее напряжение менее 0,5 В, или в 1000 раз более низкую величину напряжения, чем кабельные системы на основе меди. Следует отметить, что масса размагничивающего ВТСП кабеля составляет всего 20 % массы обычных размагничивающих кабелей. Предполагается, что значительное сокращение массы, размера и числа концевых устройств, приведёт к сокращению на 40 % общей стоимости при монтаже такого кабеля по сравнению с размагничивающими системами на основе меди. Кроме того, благодаря нулевому электрическому сопротивлению высокотемпературных сверхпроводников значительно сокращается потребление электроэнергии при эксплуатации размагничивающих ВТСП систем. Конструкция 40-метрового ВТСП кабеля обеспечивает гибкость проводников внутри оболочки, что позволяет прокладывать его в ограниченном пространстве морских судов. Кабель охлаждается при помощи запатентованной AMSC системы с циркуляцией газа в обычном промышленном охлаждающем агрегате.
Термическая изоляция даёт возможность эксплуатировать кабель при требуемых температурах. Благодаря низкому реактивному сопротивлению эксплуатационные характеристики кабеля значительно превышают характеристики современных размагничивающих систем.
Согласно оценкам экспертов AMSC [4], использование ВТСП катушек вместо традиционных, выполненных из меди, уменьшит для системы размагничивания: – массу — на 50–80 %; – энергопотребление — на 25 %; – стоимость — на 75 %; – общую длину кабелей — более чем на 80 %. Следует сказать, что тенденция создания надводных военных кораблей и субмарин с полностью электрическим приводом очевидна.
Литература
- В. Д. Панченко РАЗМАГНИЧИВАНИЕ КОРАБЛЕЙ ЧЕРНОМОРСКОГО ФЛОТА В ГОДЫ ВЕЛИКОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЫ / Академик A. П. АЛЕКСАНДРОВ, доктор физико-математических наук B. Р. РЕГЕЛЬ. — Москва: Наука, 1990. — 192 с. — (История науки и техники). — ISBN 5-02-000742-0
- М. А. Зингер, И. В. Захаров Применение инновационных технологий в военном кораблестроении / Академик A. П. АЛЕКСАНДРОВ, доктор физико-математических наук B. Р. РЕГЕЛЬ. — Краснодар: Новация, 2017. — С. 13-17. — (Актуальные вопросы технических наук : материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Краснодар, февраль 2017 г.)). URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/229/11327/.
Ссылки
- Degaussing(англ.)
- Размагничивание корабля
- USS Ampere(англ.)
- Standard sea-level conditions(англ.)
- Sunday Ship History: Degaussing Ships(англ.)
- Cunard Releases Historic Queen Mary Picture(англ.)
- Размагничивание корабля
- Зачем в СССР строили корабли размагничивания, что они делали
- Филадельфийский эксперимент (фильм, 1984)
//pobeda.mosmetod.ru/tpost/ayr9ibltbp-metod-razmagnichivaniya
