Pohon rozhoduje o tom, jak dlouho ponorka zůstane pod vodou, jak je tichá - a nakonec i o tom, zda ji vůbec někdo odhalí. Žádná jiná součást nemá tak přímý vliv na taktickou schopnost ponorky přežít. Konvenční koncepce pohonu jsou pro německé lodní stavitelství obzvláště důležité a zde se na ně zaměřujeme.
Obsah
Předpokládaná doba čtení: 8 minut
Diesel-elektrický pohon: osvědčený základní princip
Konvenční ponorky jezdí na stejném základním principu již desítky let: dieselové motory vyrábějí elektřinu, elektromotory pohánějí lodní šroub. Co se změnilo, je účinnost a inteligence tohoto systému.
V minulosti používaly ponorky na hladině dieselové motory a při ponoření se přepínaly na bateriový pohon. Dnes je elektromotor v provozu nepřetržitě a pohání vrtuli trvale. Dieselové motory fungují jako generátory - napájejí přímo elektromotor nebo nabíjejí baterie. Tím je dosaženo plynulejšího a lépe kontrolovatelného provozu.
| Režim jízdy | Zdroj energie | Typická situace |
|---|---|---|
| Povrchový výlet / šnorchlování | Dieselové generátory | Tranzit, dobíjení baterie |
| Ponořený, normální jízda | Baterie + elektromotor | Provozní režim |
| Ponořený, velmi tichý | Samotné baterie, minimální zatížení | Číhání, osvícení |
| Režim AIP | Systém AIP + baterie | Dlouhá výdrž pod vodou bez šnorchlu |
Šnorchl: potápění bez vynořování
Jednou z nejpraktičtějších novinek v konstrukci konvenčních ponorek je šnorchl. Skládá se z výsuvné trubky se dvěma kanály: Jedním kanálem dieselový motor nasává čerstvý vzduch a druhým vyfukuje výfukové plyny. V periskopové hloubce tak může člun provozovat dieselové motory, aniž by se zcela vynořil - a tedy aniž by byl zcela vystaven radaru. Zároveň tímto způsobem posádka získává čerstvý vzduch.
Šnorchl má však své limity: Pokud je rychlost příliš vysoká, je mechanické zatížení prodloužené trubky příliš velké. Provoz šnorchlu proto vždy znamená snížení rychlosti.
AIP: Pohon nezávislý na vnějším vzduchu
AIP znamená Vzduchově nezávislý pohon - Pohon nezávislý na vnějším vzduchu. Tyto systémy vyrábějí elektrickou energii pod vodou, aniž by bylo nutné vysunout šnorchl. Díky tomu může ponorka zůstat ponořená i několik dní, aniž by vytvářela akustickou nebo vizuální stopu.
Systémy AIP pracují s různými chemickými procesy, například s palivovými články na bázi vodíku a kyslíku. Poskytují však pouze nízký výkon - postačující pro pomalou plavbu a základní provoz na palubě, nikoli pro sprinty. Některé novější lodě se zcela obejdou bez chemických systémů AIP a místo toho se spoléhají na podstatně větší baterie s moderní lithium-iontovou technologií, které umožňují srovnatelnou výdrž pod vodou.
Výhoda AIP: Ponorka s AIP nebo velkou zásobou baterií může zůstat ponořená celé dny bez použití šnorchlu - a zůstává tak pro nepřátelské senzory prakticky neviditelná.
Při delších ponorech ponorky také filtrují CO2 ze vzduchu v kabině a získávají kyslík z mořské vody - tyto technologie byly vyvinuty speciálně pro jaderné ponorky, ale stále častěji se využívají i na konvenčních plavidlech.
Kontrola hluku: tichá ponorka jako cíl
Pod vodou je nejdůležitějším prostředkem detekce zvuk. To, co ponorka slyší, prozradí nepřítele - a to, co sama vydává, prozradí nepřítele. Regulace hluku proto není opatřením pro pohodlí, ale životně důležitým inženýrským úkolem.
Několik opatření je vzájemně propojeno:
- Elektrické motory: Ze své podstaty jsou mnohem tišší než spalovací motory.
- Ložisko s tlumením vibrací: Všechny pohyblivé části jsou upevněny na gumových tlumičích - bez přímého spojení s trupem.
- Izolovaná motorová paluba: Celá strojovna je také akusticky oddělena od zbytku lodi.
- Vnější nátěry: Speciální potahy trupu pohlcují aktivní sonarové impulzy nepřítele dříve, než se od nich odrazí.
- Výběr hloubky: Ponorky měří teplotu vody v různých hloubkách. Pracují tam, kde teplotní vrstvy odrážejí zvuk nepřítele a zároveň stíní zvuk vlastní.
Výsledek je pozoruhodný: moderní ponorka - dokonce i s jaderným pohonem, který je obecně hlučnější než elektrický pohon - vydává při provozu zhruba tolik zvuku jako 80wattová žárovka. To je méně než přirozený hluk mořského pozadí.
Vrtule: nejhlasitější zrádce na palubě
Nejhlučnější součástí ponorky je lodní šroub. Pokud se podíváte na obrázky ponorek v loděnici, všimnete si, že záďová část je téměř vždy zakrytá. Viditelná vrtule na fotografiích je obvykle náhradní vrtule - skutečná hnací vrtule je tajná.
Důvod spočívá ve fyzice: když se list vrtule otáčí ve vodě, vzniká v jeho zadní části podtlak. V tomto podtlaku vznikají vzduchové bubliny - jev známý jako Kavitace je známo. Čím rychleji se vrtule otáčí, tím více bublin vzniká, tím hlasitěji praskají - a tím zřetelněji je ponorka slyšet nepřátelským sonarem.
Moderní vrtule ponorek jsou konstruovány tak, aby byla kavitace do značné míry potlačena. Existují dva další přístupy:
- Zapouzdření vrtule: Kryt udržuje stabilní tlak kolem vrtulových listů a zabraňuje tvorbě bublin.
- Pohony čerpadel (trysky čerpadel): Volnou vrtuli zcela nahraďte zapouzdřeným proudovým motorem ve vodě. Podrobnosti o těchto systémech podléhají přísnému utajení.
Rychlost: prokletí a nutnost
Rychlost a utajení se u ponorek do značné míry vylučují. Rychlá plavba generuje hluk - hlučné lodě jsou lokalizované a setkávají se s takticky slepými sonary, protože jejich vlastní hluk překrývá senzory. V jistém smyslu je rychlá ponorka sama slepá.
U běžných lodí je tento problém ještě závažnější: jejich pohonná síla je omezená. Teoretická maximální rychlost kolem 20 uzlů je pro potápění stěží praktická - v hloubce šnorchlování proud příliš namáhá trubici a v hloubce e-motory na plný plyn vybijí baterie za méně než dvě hodiny.
Přesto je někdy rychlost nezbytná: Rychlost je nutná k pronásledování nepřítele, k útěku před nepřítelem nebo - což je obzvláště cenné z taktického hlediska - k zaujmutí pozice mimo dosah nepřátelských senzorů, kterou musí nepřítel v krátké době projít.
Řešení s plynovou turbínou pro konvenční ponorky
Plynové turbíny by byly ideální pro vyšší rychlosti - potřebují však obrovské množství čerstvého vzduchu, více než může dodat šnorchl. Na druhou stranu ponořenou ponorku lze snadno lokalizovat pomocí radaru.
Jedno konstrukční řešení kombinuje obojí: věž je prodloužena tak, že funguje jako velký šnorchl. Samotná věž obsahuje dvě plynové turbíny, které vyrábějí elektřinu a pohánějí elektrickou turbínu v lodi - to stačí pro rychlost přes 25 uzlů. Věž vyčnívá z vody, ale má pouze signaturu rychlého člunu pro radar. To je pro pochod do oblasti nasazení přijatelné. Pro potápění se turbíny vypnou, přívody vzduchu se uzavřou a opět se převezme elektrický pohon.
Často kladené dotazy o pohonech ponorek
Jaký je rozdíl mezi konvenčním a jaderným pohonem ponorek?
Konvenční ponorky používají dieselové generátory a elektromotory doplněné bateriemi a případně systémy AIP. Musí se pravidelně potápět nebo vynořovat. Jaderné ponorky mohou zůstat pod vodou téměř neomezeně dlouho, ale jsou obecně hlučnější a dražší.
Co je AIP a jaké výhody nabízí?
AIP (Air Independent Propulsion) umožňuje vyrábět energii pod vodou bez potřeby vnějšího vzduchu. To prodlužuje výdrž pod vodou až na několik dní, aniž by se ponorka musela potápět nebo vynořovat - a tedy bez akustické nebo vizuální stopy.
Proč je vrtule nejhlučnější částí ponorky?
Při otáčení vrtulových listů vzniká podtlak, v němž se tvoří vzduchové bubliny, které praskají - tzv. kavitace. Tento hluk lze slyšet na dálku pomocí sonaru. Moderní vrtule a pohony čerpadel jsou navrženy tak, aby se kavitace minimalizovala.
Jak tiché jsou moderní ponorky?
Moderní ponorky vydávají při provozu hluk asi jako 80wattová žárovka - méně než přirozený hluk mořského pozadí. To je výsledkem izolovaných strojoven, ložisek tlumících vibrace a tichých elektromotorů.
Proč nemohou ponorky jezdit rychle?
Vysoká rychlost vytváří hluk a činí ponorku snadno zjistitelnou nepřátelskými sonary. Současně je vlastní sonar ponorky překryt jejím vlastním šumem, což ji činí takticky slepou. Konvenční lodě mají také omezené energetické rezervy pro vysokou rychlost.
Proč je na fotografiích ponorek obvykle zakrytá vrtule?
Přesná geometrie vrtulí moderních ponorek podléhá přísnému utajení, protože má přímý vliv na akustickou signaturu. Veřejně viditelné vrtule na fotografiích z loděnic jsou obvykle náhradní vrtule, nikoliv provozní pohonné jednotky.
Další témata
Následující články se hlouběji zabývají souvisejícími tématy týkajícími se stavby vojenských lodí, průmyslových procesů a vlivu moderních námořních technologií na ekonomiku a trh práce.