Sukellusveneiden työntövoimajärjestelmät: diesel-sähkö-, AIP- ja ydinvoimajärjestelmien vertailu.

Asema määrittää, kuinka kauan sukellusvene pysyy veden alla, kuinka hiljainen se on - ja viime kädessä sen, havaitaanko sitä lainkaan. Millään muulla komponentilla ei ole yhtä suoraa vaikutusta sukellusveneen taktiseen selviytymiskykyyn. Konventionaaliset käyttövoimakonseptit ovat erityisen tärkeitä saksalaiselle laivanrakennukselle, ja niihin keskitytään tässä yhteydessä.

Diesel-sähköinen voimansiirto: todistettu perusperiaate

Perinteiset sukellusveneet ovat kulkeneet samalla perusperiaatteella jo vuosikymmeniä: dieselmoottorit tuottavat sähköä, sähkömoottorit pyörittävät potkuria. Järjestelmän tehokkuus ja älykkyys ovat muuttuneet.

Aiemmin sukellusveneet käyttivät pinnan päällä dieselmoottoreita ja siirtyivät akkukäyttöön veden alla. Nykyään sähkömoottori toimii jatkuvasti ja pyörittää potkuria jatkuvasti. Dieselmoottorit toimivat generaattoreina - ne syöttävät sähkömoottoria suoraan tai lataavat akkuja. Näin saadaan aikaan tasaisempi ja hallittavampi toiminta.

Ajotila	Energialähde	Tyypillinen tilanne
Pintaretki / snorklaus	Dieselgeneraattorit	Kauttakulku, akun lataaminen
Upotettuna, normaali ajo	Akut + sähkömoottori	Toimintatila
Upotettu, erittäin hiljainen	Pelkät akut, minimikuormitus	Lymyily, valaistuminen
AIP-tila	AIP-järjestelmä + akut	Pitkä vedenalainen kestävyys ilman snorkkelia

Snorkkeli: sukeltaminen ilman pintaan nousemista

Yksi käytännöllisimmistä tavanomaisen sukellusveneen rakentamisen saavutuksista on snorkkeli. Se koostuu kahdella kanavalla varustetusta jatkettavasta putkesta: Dieselmoottori imee raitista ilmaa toisen kanavan kautta ja puhaltaa pakokaasut ulos toisen kanavan kautta. Periskooppisyvyydessä vene voi näin käyttää dieselmoottoreita ilman, että se nousee kokonaan pintaan - ja siten ilman, että se on täysin alttiina tutkalle. Samalla miehistö saa näin raitista ilmaa.

Snorkkelilla on kuitenkin rajansa: Jos nopeus on liian suuri, pidennettyyn putkeen kohdistuva mekaaninen kuormitus on liian suuri. Snorkkelikäyttö tarkoittaa siis aina alennettua nopeutta.

AIP: Ulkoilmasta riippumaton käyttö

AIP tarkoittaa Ilmasta riippumaton työntövoima - Aja ulkoilmasta riippumatta. Nämä järjestelmät tuottavat sähköenergiaa veden alla ilman, että snorkkelia tarvitsee pidentää. Tämän ansiosta sukellusvene voi olla veden alla päiviä tuottamatta akustista tai visuaalista jälkeä.

AIP-järjestelmät toimivat erilaisissa kemiallisissa prosesseissa, kuten vety-happipohjaisissa polttokennoissa. Ne tuottavat kuitenkin vain pientä tehoa, joka riittää hitaaseen matkantekoon ja perustoimintoihin aluksella, ei sprintteihin. Joissakin uudemmissa veneissä kemiallisista AIP-järjestelmistä on luovuttu kokonaan, ja niiden sijaan niissä käytetään huomattavasti suurempia akkupankkeja, joissa käytetään nykyaikaista litiumioniteknologiaa, joka mahdollistaa vastaavanlaisen kestävyyden veden alla.

AIP-etu: Sukellusvene, jossa on AIP tai suuri akkuvarasto, voi pysyä veden alla päiväkausia käyttämättä snorkkelia - ja pysyy siten käytännössä näkymättömissä vihollisen sensoreille.

Pidempiä sukelluksia varten sukellusveneet suodattavat myös hiilidioksidia ohjaamon ilmasta ja ottavat happea merivedestä. Nämä tekniikat on kehitetty erityisesti ydinsukellusveneisiin, mutta ne hyödyttävät yhä useammin myös tavanomaisia aluksia.

Meluntorjunta: äänetön sukellusvene kohteena

Veden alla ääni on tärkein havaitsemiskeino. Se, mitä sukellusvene kuulee, paljastaa vihollisen - ja se, mitä se itse lähettää, paljastaa vihollisen. Meluntorjunta ei siis ole mukavuustoimenpide vaan elintärkeä tekninen tehtävä.

Useat toimenpiteet liittyvät toisiinsa:

• Sähkömoottorit: Ne ovat luonnostaan paljon hiljaisempia kuin polttomoottorit.
• Tärinävaimennettu laakeri: Kaikki liikkuvat osat on asennettu kumivaimentimiin - ei suoraa yhteyttä runkoon.
• Eristetty moottorin kansi: Koko konehuone on myös akustisesti erotettu muusta aluksesta.
• Ulkopinnoitteet: Rungon erikoispinnoitteet absorboivat vihollisen aktiivisia kaikuluotainpulsseja ennen kuin ne heijastuvat.
• Syvyysvalinta: Sukellusveneet mittaavat veden lämpötilaa eri syvyyksissä. Ne toimivat siellä, missä lämpötilakerrokset heijastavat vihollisen ääntä ja suojaavat omaa ääntään.

Tulos on huomattava: nykyaikainen sukellusvene - jopa ydinkoneella, joka on yleensä äänekkäämpi kuin sähkökäyttöinen - tuottaa toiminnassaan suunnilleen yhtä paljon ääntä kuin 80 watin hehkulamppu. Tämä on vähemmän kuin meren luonnollinen taustamelu.

Potkuri: laivan äänekkäin petturi

Potkuri on sukellusveneen äänekkäin yksittäinen osa. Jos katsot telakalla olevia kuvia sukellusveneistä, huomaat, että peräalue on lähes aina peitetty. Kuvissa näkyvä potkuri on yleensä varapotkuri - todellinen potkuripotkuri on salainen.

Syy on fysiikassa: kun potkurin lapa pyörii veden läpi, sen takaosaan syntyy tyhjiö. Tässä alipaineessa muodostuu ilmakuplia - tämä ilmiö tunnetaan nimellä Kavitaatio on tiedossa. Mitä nopeammin potkuri pyörii, sitä enemmän kuplia syntyy, sitä kovempaa ne puhkeavat - ja sitä selvemmin vihollisen kaikuluotaimet kuulevat sukellusveneen.

Nykyaikaiset sukellusveneiden potkurit on suunniteltu siten, että kavitaatio on suurelta osin estetty. Tähän on kaksi muuta lähestymistapaa:

• Potkurin kapselointi: Suojus pitää paineen potkurin lapojen ympärillä vakaana ja estää kuplien muodostumisen.
• Pumpun käyttölaitteet (pumppusuuttimet): Korvaa vapaa potkuri kokonaan vedessä olevalla koteloidulla suihkumoottorilla. Näiden järjestelmien yksityiskohdat ovat tiukasti salassa pidettäviä.

Nopeus: kirous ja välttämättömyys

Nopeus ja häive ovat sukellusveneissä pitkälti toisensa poissulkevia. Nopea liikkuminen aiheuttaa melua - äänekkäät veneet paikallistetaan ja ne kohtaavat taktisesti sokeita kaikuluotaimia, koska niiden oma melu ohittaa anturit. Tavallaan nopea sukellusvene on sokea itsekin.

Ongelmaa pahentaa perinteisten veneiden osalta se, että niiden käyttövoima on rajallinen. Noin 20 solmun teoreettinen enimmäisnopeus on tuskin käytännöllinen sukelluksessa - snorkkelisyvyydessä virtaus rasittaa putkea liikaa, ja syvyydessä täydellä kaasulla toimivat sähkömoottorit tyhjentävät akut alle kahdessa tunnissa.

Nopeus on kuitenkin joskus tarpeen: Se on taktisesti erityisen arvokasta, kun halutaan asettua vihollisen sensoreiden kantaman ulkopuolelle, jonka vihollisen on ohitettava lyhyessä ajassa.

Kaasuturbiiniratkaisu tavanomaisiin sukellusveneisiin

Kaasuturbiinit olisivat ihanteellisia suuremmille nopeuksille - mutta ne tarvitsevat valtavia määriä raitista ilmaa, enemmän kuin mitä snorkkeli voi tuottaa. Sukellusvene sen sijaan on helppo paikantaa tutkalla.

Yhdessä suunnitteluratkaisussa yhdistyvät molemmat: tornia jatketaan niin, että se toimii suurena snorkkelina. Itse tornissa on kaksi kaasuturbiinia, jotka tuottavat sähköä ja pyörittävät veneen sähköturbiinia - tämä riittää yli 25 solmun nopeuteen. Torni työntyy ulos vedestä, mutta siinä on vain pikaveneen tunnusmerkki tutkalle. Tämä on hyväksyttävää marssilla sijoitusalueelle. Sukellusta varten turbiinit kytketään pois päältä, ilmanottoaukot suljetaan ja sähkökäyttö ottaa jälleen ohjat käsiinsä.

Usein kysytyt kysymykset sukellusveneajoista

Mitä eroa on tavanomaisen ja ydinsukellusveneen käyttövoiman välillä?
Tavanomaisissa sukellusveneissä käytetään dieselgeneraattoreita ja sähkömoottoreita, joita täydennetään akuilla ja mahdollisesti AIP-järjestelmillä. Niiden on snorklattava tai noustava pintaan säännöllisesti. Ydinsukellusveneet voivat pysyä veden alla lähes loputtomiin, mutta ne ovat yleensä meluisampia ja kalliimpia.

Mikä on AIP ja mitä etuja se tarjoaa?
AIP (Air Independent Propulsion) mahdollistaa energian tuottamisen veden alla ilman ulkoilmaa. Tämä pidentää vedenalaista kestoa jopa päiviin ilman, että sukellusveneen tarvitsee snorklata tai nousta pintaan - ja siten ilman akustista tai visuaalista merkkiä.

Miksi potkuri on sukellusveneen äänekkäin osa?
Potkurin lavat synnyttävät pyöriessään tyhjiön, jossa ilmakuplat muodostuvat ja puhkeavat - tätä kutsutaan kavitaatioksi. Tämä ääni voidaan kuulla kaukaa kaikuluotaimella. Nykyaikaiset potkurit ja pumppukoneet on suunniteltu niin, että kavitaatio on mahdollisimman vähäistä.

Kuinka hiljaisia nykyaikaiset sukellusveneet ovat?
Nykyaikaiset sukellusveneet tuottavat toiminnassaan noin 80 watin hehkulampun verran melua - vähemmän kuin meren luonnollinen taustamelu. Tämä johtuu eristetyistä konehuoneista, tärinänvaimennetuista laakereista ja hiljaisista sähkömoottoreista.

Mikseivät sukellusveneet voi vain kulkea nopeasti?
Suuri nopeus aiheuttaa melua ja tekee sukellusveneestä helposti vihollisen kaikuluotaimen havaittavissa olevan. Samalla sukellusveneen oma kaikuluotain peittyy sen omaan kohinaan, mikä tekee siitä taktisesti sokean. Tavanomaisilla veneillä on myös rajalliset energiavarastot suuriin nopeuksiin.

Miksi potkuri on yleensä peitetty sukellusvenekuvissa?
Nykyaikaisten sukellusveneiden potkurien tarkka geometria on tiukasti salassa pidettävää, koska se vaikuttaa suoraan akustiseen signaaliin. Telakkakuvissa julkisesti näkyvät potkurit ovat yleensä korvaavia potkureita, eivät toiminnassa olevia potkuriyksiköitä.