تم تجهيز الجزء الأكبر من الغواصات الحديثة بمحطات لتوليد الطاقة بالديزل والكهرباء. هذه الأجهزة لها عيوب مميزة ، وهذا هو سبب البحث عن بدائل مريحة ومربحة. كما تبين الممارسة ، فإن المستوى الحديث للتكنولوجيا يجعل من الممكن إنشاء محطات طاقة فعالة للغواصات غير النووية ، ونحن نتحدث عن أنظمة ذات هياكل مختلفة.
المشاكل والحلول
العيب الرئيسي للغواصات التي تعمل بالديزل والكهرباء هو الحاجة إلى إعادة الشحن المنتظم للبطاريات عن طريق مولد الديزل. للقيام بذلك ، يجب أن تطفو الغواصة على السطح أو تتحرك بعمق المنظار - مما يزيد من احتمال اكتشاف العدو. في نفس الوقت ، عادة لا تتجاوز مدة الغوص على البطاريات عدة أيام.
البديل الواضح للديزل هو محطة للطاقة النووية ، لكن استخدامها ليس ممكنًا ومبررًا دائمًا بسبب التعقيد والتكلفة العالية. في هذا الصدد ، لعدة عقود ، تمت دراسة مسألة إنشاء محطات طاقة مستقلة عن الهواء (VNEU) بالخصائص المرغوبة وبدون عيوب أنظمة الديزل والكهرباء. تم إدخال عدد من التقنيات الجديدة من هذا النوع حيز التشغيل بنجاح ، ومن المتوقع تشغيل تقنيات أخرى في المستقبل القريب.
بشكل عام ، هناك عدة طرق لإنشاء VNEU. الأول يتضمن إعادة بناء مولد الديزل باستخدام محرك مختلف أقل طلبًا على الهواء الداخل. والثاني يقترح توليد الكهرباء باستخدام ما يسمى. خلايا الوقود. والثالث هو تحسين البطاريات ، بما في ذلك. حتى رفض جيلها.
بديل "ستيرلنغ"
أول غواصة غير نووية مع VNEU كاملة ، دخلت الخدمة في عام 1996 كانت السفينة السويدية جوتلاند. يبلغ طول هذه الغواصة 60 مترًا وإزاحتها 1600 طن ، كما أنها تحمل 6 أنابيب طوربيد من عيارين. تم بناء محطة الطاقة الخاصة بها على أساس محرك ديزل كهربائي قياسي واستكملت بمكونات جديدة.
يتم توفير التشغيل السطحي وتوليد الطاقة بواسطة محركي ديزل MTU 16V-396 وزوج من مولدات Hedemora V12A / 15-Ub. يتم تشغيل المروحة في جميع الأوضاع بواسطة محرك كهربائي. في وضع مغمور ، تبدأ الغواصة ، بدلاً من الديزل ، تشغيل محرك ستيرلينغ من نوع Kockums v4-275R ، باستخدام الوقود السائل والأكسجين المسال. يسمح لك احتياطي الأخير بالبقاء تحت الماء لمدة تصل إلى 30 يومًا دون الحاجة إلى الصعود. بالإضافة إلى ذلك ، فإن محرك "ستيرلنغ" أقل ضوضاء ولا يكشف الغواصة أيضًا.
تم بناء ثلاث غواصات جديدة وفقًا لمشروع جوتلاند ؛ تم التكليف بالمبنيين الثاني والثالث في عام 1997. في بداية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، تم تنفيذ مشروع برمز سودرمانلاند. نصت على تحديث غواصتين تعمل بالديزل والكهرباء من نوع Västergötland مع تركيب VNEU من مشروع Gotland. أصبحت اليابان مهتمة بالتطورات السويدية. بموجب ترخيص ، قامت بتجميع VNEU للغواصات من نوع "Soryu". نظرًا لأبعادها الكبيرة وإزاحتها ، تحمل الغواصات اليابانية أربعة محركات v4-275R في وقت واحد.
توربينات الغواصات
أثناء تطوير مشروع Scorpène ، اقترح بناة السفن الفرنسية نسختهم الخاصة من VNEU بناءً على محرك بديل. تم تقديم مثل هذا التثبيت ، المسمى Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA) ، للعملاء المحتملين لاستخدامه في الغواصات المبنية حديثًا.
اقترح مشروع MESMA محركًا توربينيًا بخاريًا خاصًا يعمل بالإيثانول والهواء المضغوط.كان من المفترض أن ينتج عن احتراق خليط الكحول والهواء بخارًا للتوربين الذي يقود المولد. تم اقتراح منتجات الاحتراق على شكل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء تحت ضغط عالٍ ليتم تفريغها في الخارج على نطاق كامل لأعماق التشغيل. وفقًا للحسابات ، يمكن أن تظل غواصة Scorpène مع VNEU MESMA تحت الماء لمدة تصل إلى 21 يومًا.
تم تقديم مصنع MESMA للعديد من العملاء. على سبيل المثال ، تم التخطيط لاستخدامه في مشروع Scorpène-Kalvari للهند. ومع ذلك ، أظهر المصنع التجريبي أداءً غير كافٍ ، وانخفض الاهتمام بالمشروع بشكل حاد. نتيجة لذلك ، لا تزال الغواصات الفرنسية الجديدة التي تعمل بالديزل والكهرباء مجهزة بمحركات ديزل - على الرغم من أن المطورين قد أعلنوا بالفعل عن تحديث جديد مع إدخال حلول واعدة أخرى.
في عام 2019 ، أعلن بناة السفن الروس عن تطوير VNEU جديد بشكل أساسي يعتمد على محرك توربيني غازي مغلق الدورة. وتشمل خزانات للأكسجين المسال: تتبخر وتزود المحرك. يُقترح تجميد غازات العادم والتخلص منها فقط عند السطح في منطقة آمنة. يتم تطوير VNEU مماثلة في إطار مشروع P-750B.
خلية الوقود
بحلول نهاية التسعينيات ، أنشأت ألمانيا نسختها الخاصة من VNEU. في عام 1998 ، بدأ بناء الغواصة الرئيسية لمشروع Type 212 الجديد ، والمجهز بنظام مماثل. تضمن المشروع الألماني استخدام نظام Siemens SINAVY ، الذي يجمع بين محرك كهربائي وخلايا وقود الهيدروجين. للحركة على السطح ، تم الاحتفاظ بمولد ديزل.
يشتمل مجمع SINAVY على خلايا وقود تبادل البروتون من نوع Siemens PEM على أساس هيدريد المعدن من خزان الأكسجين المسال. لمزيد من الأمان ، توجد حاويات هيدريد معدنية وأكسجين في الفراغ بين العلب المتين وخفيف الوزن. أثناء تشغيل VNEU ، يتم تغذية الهيدروجين الناتج من هيدريد المعدن ، مع الأكسجين ، إلى أغشية وأقطاب كهربائية خاصة ، حيث يتم توليد التيار.
يصل الحكم الذاتي للغواصة "212" إلى 30 يومًا. من المزايا المهمة لـ VNEU SINAVY الغياب شبه الكامل للضوضاء أثناء التشغيل بأداء عالٍ بدرجة كافية. في الوقت نفسه ، يصعب التصنيع والتشغيل ، وله أيضًا عيوب أخرى.
تم بناء ست غواصات 212 للبحرية الألمانية. في 2006-2017. دخلت أربع من هذه السفن الخدمة في الأسطول الإسباني. على أساس "212" ، تم إنشاء المشروع "214" ، والذي ينص على الحفاظ على VNEU الحالي. تحظى هذه الغواصات بشعبية كبيرة في السوق الدولية. تم استلام الطلبات من أربع دول لأكثر من 20 قاربًا. تم بالفعل بناء 15 سفينة وتسليمها للعملاء.
تجدر الإشارة إلى أنه يتم تطوير VNEU على أساس خلايا الوقود ليس فقط في ألمانيا. بالتوازي مع مشروع MESMA في فرنسا ، تم تطوير متغير من غواصة Scorpène باستخدام خلايا الوقود. كانت هذه الغواصات التي تم بيعها للهند. الآن يتم إنشاء عناصر من جيل جديد. في وقت سابق أفيد أن خلايا الوقود الخاصة بها يتم تطويرها في روسيا. اجتاز VNEU من هذا النوع بالفعل اختبارات مقاعد البدلاء ، وسيتم اختباره في المستقبل على متن سفينة تجريبية.
غواصة تعمل بالبطارية
لا يستبعد ظهور محركات ووسائل توليد جديدة بشكل أساسي الحاجة إلى مزيد من التطوير للتقنيات والوحدات الحالية. وبالتالي ، فإن بطاريات التخزين من الأنواع المعروفة والمتقنة بالفعل تحتفظ بقيمة عالية. في المشاريع الواعدة ، تعتبر حتى المصدر الوحيد للطاقة لجميع الأنظمة.
لوحظت عمليات غريبة في بناء السفن اليابانية. كانت اليابان واحدة من أوائل الدول التي أتقنت VNEU بمحرك ستيرلينغ ، ولكن في عامي 2015 و 2017. تم وضع غواصتين من مشروع Soryu المعدل بدون مثل هذه الأنظمة. تم تخصيص مساحة للبطاريات القياسية ووحدات VNEU لبطاريات الليثيوم أيون الحديثة. ونتيجة لذلك ، تمت مضاعفة مدة الغوص مقارنة ببطاريات الجيل السابق.
منذ 2018يجري الآن بناء غواصات لمشروع Taigei الجديد ، الذي تم تطويره في الأصل باستخدام تركيب ديزل وكهرباء وبطاريات ليثيوم أيون. تم بالفعل إطلاق السفينة الرئيسية للمشروع الجديد ، وهناك هيكلان آخران قيد الإنشاء منذ العام الماضي. في المجموع ، من المخطط بناء سبع غواصات مع القبول في الخدمة اعتبارًا من عام 2022.
هناك العديد من مشاريع الغواصات فائقة الصغر ، المجهزة بالبطاريات فقط. في المستقبل ، قد تجد هذه البنية تطبيقات في المشاريع "الكبيرة". في الآونة الأخيرة ، قدم بناة السفن الفرنسية مشروع مفهوم SMX31E ، والذي يجمع بين الكثير من القرارات الأكثر جرأة. على وجه الخصوص ، تلقت الغواصة البطاريات فقط مع وضعها في جميع الأحجام المتاحة ، بما في ذلك. بين أجسام متينة وخفيفة الوزن. يجب شحن البطاريات في القاعدة قبل الذهاب إلى البحر.
تشير التقديرات إلى أنه عند الشحن الكامل ، سيكون SMX31E قادرًا على البقاء مغمورًا لمدة 30-60 يومًا ، اعتمادًا على سرعة القيادة واستهلاك الطاقة الإجمالي. في الوقت نفسه ، من المخطط ضمان التشغيل الكامل لجميع الأجهزة والمجمعات القياسية والإضافية وما إلى ذلك.
في عملية التطور
وهكذا ، في العقود الأخيرة ، كان هناك تقدم كبير في مجال VNEU للغواصات غير النووية. تم تطوير واختبار أنواع مختلفة من هذه الأنظمة مع ميزات ومزايا معينة ، واختبارها ، وإدخالها في المشاريع ووضعها في الخدمة. ومع ذلك ، حتى أحدث التركيبات المستقلة عن الهواء لها عيوب معينة. تظل معقدة ومكلفة ، سواء من حيث التصنيع أو التشغيل.
على الرغم من المزايا في الخصائص التكتيكية والتقنية ، لا يمكن للغواصات غير مع VNEU أن تحل محل الغواصات التي تعمل بالديزل والكهرباء ذات الهندسة المعمارية "التقليدية". علاوة على ذلك ، فإن الأخيرة تتطور وتستخدم أيضًا أحدث التقنيات والمكونات. ومن الأمثلة الصارخة على هذه المنافسة بين الفئات المختلفة تطوير أسطول الغواصات اليابانية ، والذي عاد إلى مخطط الديزل والكهرباء بمستوى تقني جديد.
على ما يبدو ، ستستمر المنافسة بين التركيبات المستقلة للهواء والديزل والكهرباء في المستقبل المنظور - وليس هناك مفضل واضح حتى الآن. في الوقت نفسه ، من الواضح أن القوات البحرية في العالم هي الفائز. لديهم الفرصة لاختيار أفضل خيار لمحطة الطاقة التي تلبي جميع المتطلبات على أفضل وجه.
