Двигатель Вальтера
Содержание
История создания
Существовавшие в начале ХХ века подводные лодки имели дизель-электрическую силовую установку. В подводном положении они использовали электрические двигатели, питающиеся от аккумуляторных батарей, а в надводном дизельные двигатели, которые так же подзаряжали батареи. Основную часть времени лодки находились в надводном положении, так как электрические двигатели обеспечивали небольшую скорость, а ёмкости батарей хватало на незначительное время. Повысить боевую ценность подводных лодок можно было улучшением их характеристик в подводном положении с помощью анаэробных, то есть воздухонезависимых, двигателей.
Наиболее простым способом обеспечения работы дизеля под водой являлась установка шноркеля, через который поступал воздух для работы двигателя и отводились выхлопные газы. Однако шноркель мог обеспечить только небольшую глубину погружения, поэтому необходимость в электрических двигателях сохранялась. Другим вариантом анаэробной силовой установки являлись регенеративные двигатели. Они получали воздух или чистый кислород из специальных баллонов, подзаряжаемых в надводном положении.
Первый образец такой лодки был спроектирован российским инженером Степаном Джевецким. В подводном положении необходимый для работы двигателей воздух подавался из баллонов, подзаряжаемых в надводном положении, а выхлопные газы отводились в воду. 30 сентября 1908 года подводная лодка «Почтовый» конструкции Джевецкого вошла в состав Российского императорского флота. Она могла двигаться в подводном положении до 4 часов, однако пузырьки от выхлопных гадов демаскировали лодку, а глубина ее погружения была ограничена из-за проблем с отведением выхлопных газов с ростом давления.
В 1920-х работы по созданию эффективных двигателей подводного хода продолжились. Вариант с размещением на борту запаса кислорода был признан неприемлемым из-за сложностей с хранением кислорода в жидком виде. Хранение сжатого воздуха требовало использования тяжелых баллонов высокого давления. В качестве альтернативы разрабатывались варианты регенеративных дизельных двигателей. В подводном положении выхлопные газы такого двигателя очищались от влаги, углекислого газа и примесей и направлялись обратно во всасывающий коллектор. По такому принципу были построен двигатель советской подводной лодки «М-92» типа «Малютка» XII серии, прошедшей испытания в 1939 году. Дизель этой лодки мог работать до 5,5 часа в подводном положении, развивая мощность 185 л.с. 1 июня 1941 года была спущена на воду подводная лодка проекта 95 с химическим поглотителем. В Германии велись аналогичные разработки дизеля замкнутого цикла, однако эта конструкция имела ряд непреодолимых недостатков и над созданием двигателей подводного хода велась самая активная работа.
Немецкий инженер Гельмут Вальтер (нем. Hellmuth Walter) с 1925 года работал в армейском центре вооружений (нем. Heereswaffenamt) над созданием реактивных систем противовоздушной обороны. В 1930 году он закончил разработку жидкостно-реактивных двигателей, использующих в качестве топлива перекись водорода. Данная разработка заинтересовала морской отдел рейхсвера, так как позволяла создать эффективный двигатель для подводных лодок и торпед.
Уже в 1934 году Вальтер построил экспериментальную парогазовую турбину, работающая без использования воздуха и при работе которой не образовывался демаскирующий след от выхлопных газов. Дальнейшие разработки двигателя велись в «Инженерном бюро Гельмута Вальтера» (нем. Ingenieurbüro Hellmuth Walter) в Киле. Первая подводная лодка с новым двигателем, VS 80 или V 80, была спущена на воду 14 апреля 1940 года. В дальнейшем на ее базе были разработаны подводные лодки типа XVII.
Принцип работы
При разложении перекиси водорода выделяется тепло, образующиеся при этом кислород и вода разогреваются до 450°С, образуя паровоздушную смесь. Эта смесь может быть подана в турбину, где может происходить преобразование тепловой энергии в механическую. Такая турбина может развивать значительную мощность при небольших габаритах. Для разложения перекиси, получившей обозначение «оксилин», «аурол», «пергидроль», «топливо Т» (нем. T-stoff), требовалось присутствие катализатора, перманганатов натрия, калия или кальция, который обозначался как «топливо Z» (нем. Z-stoff). Такое топливо считалось однокомпонентным, так как катализатор фактически не входил в его состав.
Для повышения мощности парогазовой турбины были разработаны варианты с двухкомпонентным топливом. В него, помимо T-stoff и Z-stoff, входило «топливо С» (нем. С-stoff), представлявшее собой смесь 30 % гидразина, 57 % метанола и 13 % воды. Двигатели на двухкомпонентном топливе имели увеличенный КПД за счет повышения температуры парогаза, поступающего в турбину.
Однокомпонентные двигатели, работавшие по "холодному" циклу, имели серьёзный недостаток: выделявшийся кислород при отведении в забортную воду имел демаскирующий эффект, однако были безопаснее. Двухкомпонентные двигатели "горячего" цикла были лишены этого недостатка, так как выделявшийся при их работе углекислый газ растворялся в воде. Поэтому для двигателей подводных лодок и торпед использовалось двухкомпонентное топливо, в котором к T-stoff и Z-stoff добавлялось дизельное топливо, а выхлопные газы отводились через мелкие отверстия выпускного устройства и растворялись в воде.
Помимо варианта привода гребного вала через редуктор, разрабатывались парогазовые турбины, приводящие во вращение электрогенераторы, которые, в свою очередь, заряжали аккумуляторные батареи, а гребной винт приводился во вращение электродвигателем.
Практическое применение
Подводные лодки
Первая подводная лодка с двигателем Вальтера, V.80 (нем. Versuchsboot, экспериментальная лодка) или VS 80, была спущена на воду 14 апреля 1940 года. Она представляла собой невооруженную малую подводную лодку, рассчитанную на экипаж от трех до пяти человек. Парогазовая турбина Вальтера, установленная на ней, развивала 2000 л.с. при 20 000 оборотов в минуту, что позволяло развивать скорость 28,1 узла в подводном положении. Полного запаса перекиси водорода в 21 тонну хватало на 50 миль. Демонстрация возможностей нового двигателя главнокомандующему Кригсмарине Эриху Редеру произвело самое благоприятное впечатление, однако глава Конструкторского Бюро Кригсмарине Вернер Фукс (нем. Werner Fuchs) скептически оценил перспективы нового двигателя.
Через два года после успешных испытаний V.80 Вальтер связался с командующим подводным флотом Карлом Дёницом и благодаря его поддержке получил заказ на проектирование подводных лодок с парогазовыми турбинами типа XVII. Построенные в рамках типа XVIIA лодки имели водоизмещение 310 - 340 тонн в подводном положении и вооружались двумя носовыми торпедными аппаратами. Подводные лодки U-792 и U-793 по проекту «Wa 201» строились на верфи Blohm & Voss, U-794 и U-795 по проекту «Wk 202», на Germaniawerft. Во время испытаний U-793 с Карлом Дёницом на борту развила в подводном положении скорость в 22 узла, а некоторое время спустя U-792 - 25 узлов. Запас хода в подводном положении превысил 100 км. Лодки типа XVII помимо двигателя Вальтера, имели традиционную дизель-электрическую силовую установку. Боевые лодки типа XVIIB планировалось построить на верфи Blohm & Voss в количестве 12 штук, позднее заказ был уменьшен вдвое, спущены на воду U-1405, U-1406 и U-1407, остальные не достроены. На верфи Germaniawerft должны были строиться 12 лодок типа XVIIG, но они так и не были заложены. Проект типа XVIIE с электрическими двигателями вместо парогазовых турбин в постройку не передавался, как и проект типа XVIIK с парогенератором Вальтера, вырабатывавшим кислород для дизельных двигателей.
Подводные лодки типа XVIII океанического типа планировались к постройке на верфи Deutshce Werke. Они имели водоизмещение 1 652 т в подводном положении и должны были нести 23 торпеды. Скорость в подводном положении должна была достигать 15,5 узла при дальности хода 202 мили. По проекту были заложены лодки U-796 и U-797, постройка обеих отменена. На базе типа XVIII был разработан проект типа XXI, на котором двигатели Вальтера заменены электромоторами.
Для действий вблизи побережья и в Средиземном море компанией H. Walter GmbH был разработан проект малых подводных лодок, которые позднее были модифицированы для применения электромоторов и получили обозначение тип XXIII. Лодки должны были нести три торпедных аппарата и оснащаться двигателем Вальтера. Заказ на постройку 72 экземпляров был передан предприятию Howaldtswerke, две лодки получили номера U-1153 и U-1154, однако заказ был отменён в 1943 году.
Проект подводных лодок типа XXIV предусматривал постройку субмарин океанического типа с двигателями Вальтера, вооружение которых состояло из 14 торпедных аппаратов. В связи с началом работ над проектом типа XXVI работы были прекращены.
Последним немецким проектом подводных лодок с двигателем Вальтера стал тип XXVI. Лодки океанического класса были рассчитаны на экипаж из 33 человек и вооружались 10 торпедными аппаратами. Контракт предусматривал постройку 100 лодок типа XXVI на верфи Blohm & Voss в Гамбурге под номерами с U-4501 по U-4600, однако до конца войны успели построить только несколько отдельных секций корпуса.
Торпеды
Применение двигателя Вальтера позволяло создавать бесследные торпеды, не имеющие демаскирующих пузырьков воздуха. Разработка таких торпед была начата в 1939 году в «Инженерном бюро Гельмута Вальтера». Позднее, в районе Гамбурга, было организовано опытное производство и проводились испытания. Первый образец, получивший условное обозначение G7ut TVIII Stein Barsh (рус. Каменный окунь), имел калибр 533 мм, полный вес 1730 кг, снаряжался боеголовкой с 280 кг взрывчатого вещества и при мощности парогазовой турбины 500 л.с. развивал скорость 45 узлов на дистанции до 8 км. В ходе испытаний была подтверждена полная бесследность торпеды, позднее была построена опытная партия из 100 образцов.
После доработки торпеда получила название G7ut TVII Stein Butte (рус. Каменная камбала) и также была выпущена партией в 100 экземпляров. Значительно большую эффективность имела третья модификация, G7ut TIX Stein Wal (рус. Каменный кит). При том же калибре она имела увеличенный до 1 800 кг вес, из которых 300 кг весила боевая часть, а при той же скорости дальность хода возросла до 22 км. Как и предшествующие варианты, G7ut TIX Stein Wal была выпущена в количестве 100 шт. На ее базе была разработана укороченная версия, не пошедшая в производство.
Переданные в действующий флот торпеды серии G7ut обладали непревзойдёнными техническими характеристиками, но экипажи подводных лодок небезосновательно опасались их ввиду высокой пожароопасности. Любая ошибка при подготовке торпеды к пуску, контакт перекиси водорода с нефтесодержащими веществами или свинцом могли привести к пожару. Прохладное отношение подводников к новым образцам торпед привело в итоге к отказу от их массового производства.
Жидкостно-реактивные двигатели
Начиная с 1936 года по заказу Немецкого авиационного института «Инженерное бюро Гельмута Вальтера» вело разработку жидкостных ракетных двигателей. В таких двигателях, работавших на T-stoff и Z-stoff или T-stoff и С-stoff, парогаз образовывался непосредственно в камере сгорания и образовывал реактивную тягу. Первоначальные испытания двигателя с тягой 45 кгс были успешно проведены на поршневых самолётах, где двигатель Вальтера использовался как ускоритель. Позднее был разработан двигатель с тягой 400 кгс, который устанавливался на самолёт He-176. Эта и последующие модели жидкостных ракетных двигателей выпускались серийно и применялись на перехватчике Ме-163. Одновременно велась разработка и подготовка к выпуску двигателей Вальтера для различных типов ракетного вооружения, в том числе противокорабельных ракет Hs-294, Hs-295, Hs-296, GT-1200A, управляемой авиационной бомбы Bv-143, зенитных ракет Hs-117 и E-1.
Последующее применение
После окончания войны подводная лодка U-1407 типа XVIIB проходила испытания в составе британского флота под именем HMS Meteorite. Дальнейшим развитием проекта, уже британской постройки, стали лодки HMS Explorer и HMS Excalibur. В ходе их испытаний парогазовые турбины были признаны непрактичными, и хотя лодки были зачислены в состав действующего флота, считались пожароопасными и были выведены из эксплуатации через 10 лет службы.
Американский флот, получивший в качестве трофея лодку U-1406, проведя ее обследование, не стал проводить испытания и списал субмарину на лом сразу после прибытия её в США.
В СССР в 1952 году была спущена на воду лодка C-99 проекта 617, разработанная ЦКБ-18 [1]. Помимо дизель-электрической силовой установки на ней был установлен двигатель Вальтера. Эта лодка стала дальнейшим развитием проекта 616, разработанного на базе немецкой подводной лодки типа XXVI. В ходе испытаний лодка развивала скорость до 20 узлов при водоизмещении в подводном положении 1 215 т. В 1956 году C-99 была принята в состав действующего флота, велись разработки аналогичных лодок типов 617М, 635, 643 и 647. Однако 19 мая 1959 года на лодке при погружении на глубину 80 м произошел сильный взрыв в результате разложения перекиси водорода, парогазовая турбина была разрушена. Было принято решение прекратить дальнейшие работы по подводным лодкам с двигателем Вальтера, С-99 позднее была выведена из боевого состава флота и разделана на металл.
После окончания войны в СССР было развернуто исследование и разработка торпед с двигателями Вальтера. Работы велись в Ораниенбауме [2] на базе ОТБ ВМФ — Филиал НИИ-400 (позже — НИИ "Мортеплотехника"), с привлечением немецких специалистов. Испытания торпеды проводились на полигоне №232 около Феодосии, в 1957 году она была принята на вооружение под индексом 53-57 (ДБТ или изделие 585). При скорости 45 узлов торпеда имела дальность хода 18 км, оснащалась пироксилиновой боевой частью весом 306 кг. Торпеда 53-57 и ее дальнейшая модернизация, 53-57М, находились на вооружении по крайней мере до 1980 года.
Позднее в СССР были разработаны торпеды 53-65 и 53-65М, работающие на перекиси водорода. Разработанная позднее торпеда 53-65К имела газотурбинный перекисно-водородный двигатель и по своим параметрам превосходила модель 53-65. Разработка парогазовых торпед в СССР была продолжена и в дальнейшем времени, в результате чего были созданы модели 65-76, экспериментальная Т-5 и другие модели.
Примечания
- ↑ В настоящее время Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин».
- ↑ В настоящее время город Ломоносов.
Литература и источники информации
Печатные издания
- Eberhard Rössle Die schnellen Unterseeboote von Hellmuth Walter. — Bad Neuenahr – Ahrweiler: Bernard & Graefe, Buch, 2010. — 160 с. — ISBN 978-3-7637-6285-9
- Широкорад Александр Борисович Оружие отечественного флота. 1945—2000. — Минск: Харвест, 2001. — 656 с. — ISBN 985-13-0183-3
- Баданин, Василий Александрович Подводные лодки с единым двигателем. — СПб: Гангут, 1998. — 288 с. — 1 500 экз. — ISBN 5-85875-091-5
- Запольскис А. А. Реактивные самолеты Люфтваффе. — Минск: Харвест, 1999. — 416 с. — (Библиотека военной истории). — 7 000 экз. — ISBN 985-433-353-1
Ссылки
Видео
| Messerschmitt Me-163 с двигателем Вальтера | Испытания ракетного двигателя Вальтера HWK 109-509 |
