Pohon rozhoduje o tom, ako dlho ponorka zostane pod vodou, ako ticho sa pohybuje - a napokon aj o tom, či ju vôbec niekto odhalí. Žiadny iný komponent nemá taký priamy vplyv na taktickú schopnosť ponorky prežiť. Koncepcie konvenčného pohonu sú pre nemeckú lodiarsku výrobu mimoriadne dôležité a sú tu predmetom pozornosti.
Obsah
Odhadovaný čas čítania: 8 minút
Diesel-elektrický pohon: osvedčený základný princíp
Bežné ponorky už desaťročia fungujú na rovnakom základnom princípe: dieselové motory vyrábajú elektrinu, elektromotory poháňajú vrtuľu. Čo sa zmenilo, je účinnosť a inteligencia tohto systému.
V minulosti ponorky používali na hladine dieselové motory a pri ponorení sa prepínali na batériový pohon. Dnes elektromotor pracuje nepretržite a poháňa vrtuľu permanentne. Dieselové motory fungujú ako generátory - priamo napájajú elektromotor alebo nabíjajú batérie. Tým sa vytvára plynulejšia a lepšie ovládateľná prevádzka.
| Režim jazdy | Zdroj energie | Typická situácia |
|---|---|---|
| Povrchový výlet / šnorchlovanie | Dieselové generátory | Tranzit, dobíjanie batérie |
| Ponorené, normálna jazda | Batérie + elektromotor | Prevádzkový režim |
| Ponorené, veľmi tiché | Samotné batérie, minimálna záťaž | Číhanie, Osvietenie |
| Režim AIP | Systém AIP + batérie | Dlhá výdrž pod vodou bez šnorchla |
Šnorchel: potápanie bez vynorenia
Jedným z najpraktickejších vývojových trendov v konvenčnej konštrukcii ponoriek je šnorchel. Pozostáva z výsuvnej rúry s dvoma kanálmi: Jedným kanálom dieselový motor nasáva čerstvý vzduch a druhým vyfukuje výfukové plyny. V periskopovej hĺbke tak môže loď prevádzkovať dieselové motory bez toho, aby sa úplne vynorila - a teda bez toho, aby bola úplne vystavená radaru. Zároveň posádka týmto spôsobom získava čerstvý vzduch.
Šnorchel má však svoje limity: Ak je rýchlosť príliš vysoká, mechanické zaťaženie predĺženej trubice je príliš veľké. Prevádzka šnorchla preto vždy znamená zníženú rýchlosť.
AIP: Pohon nezávislý od vonkajšieho vzduchu
AIP znamená Vzduchovo nezávislý pohon - Pohon nezávislý od vonkajšieho vzduchu. Tieto systémy vyrábajú elektrickú energiu pod vodou bez nutnosti vysúvať šnorchel. To umožňuje ponorke zostať ponorená celé dni bez toho, aby generovala akustický alebo vizuálny podpis.
Systémy AIP pracujú s rôznymi chemickými procesmi, ako sú napríklad palivové články na báze vodíka a kyslíka. Dodávajú však len nízky výkon - postačujúci na pomalú plavbu a základnú prevádzku na palube, nie na šprinty. Niektoré novšie lode sa úplne zaobídu bez chemických systémov AIP a namiesto toho sa spoliehajú na podstatne väčšie batérie s modernou lítiovo-iónovou technológiou, ktoré umožňujú porovnateľnú výdrž pod vodou.
Výhoda AIP: Ponorka s AIP alebo veľkou zásobou batérií môže zostať ponorená celé dni bez použitia šnorchlu - a tak zostáva prakticky neviditeľná pre nepriateľské senzory.
Pri dlhších ponoroch ponorky tiež filtrujú CO2 zo vzduchu v kabíne a získavajú kyslík z morskej vody - technológie, ktoré boli vyvinuté špeciálne pre jadrové ponorky, ale čoraz viac sa využívajú aj na konvenčných lodiach.
Kontrola hluku: tichá ponorka ako cieľ
Pod vodou je zvuk najdôležitejším prostriedkom detekcie. To, čo ponorka počuje, prezradí jej nepriateľa - a to, čo sama vydáva, prezradí nepriateľa. Regulácia hluku preto nie je komfortným opatrením, ale dôležitou inžinierskou úlohou.
Niekoľko opatrení je vzájomne prepojených:
- Elektrické motory: Vo svojej podstate sú oveľa tichšie ako spaľovacie motory.
- Ložisko tlmené vibráciami: Všetky pohyblivé časti sú namontované na gumových tlmičoch - bez priameho spojenia s trupom.
- Izolovaná motorová paluba: Celá strojovňa je tiež akusticky oddelená od zvyšku lode.
- Vonkajšie nátery: Špeciálne poťahy trupu absorbujú aktívne sonarové impulzy nepriateľa skôr, ako sa odrazia.
- Výber hĺbky: Ponorky merajú teplotu vody v rôznych hĺbkach. Pracujú tam, kde teplotné vrstvy odrážajú zvuk nepriateľa a zároveň chránia svoj vlastný.
Výsledok je pozoruhodný: moderná ponorka - dokonca aj s jadrovým pohonom, ktorý je vo všeobecnosti hlučnejší ako elektrický pohon - produkuje pri prevádzke približne toľko zvuku ako 80-wattová žiarovka. To je menej ako prirodzený hluk morského pozadia.
Vrtuľa: najhlasnejší zradca na palube
Najhlučnejším komponentom ponorky je vrtuľa. Ak sa pozriete na obrázky ponoriek v lodeniciach, všimnete si, že oblasť kormy je takmer vždy zakrytá. Viditeľná vrtuľa na fotografiách je zvyčajne náhradná vrtuľa - skutočná hnacia vrtuľa je tajná.
Dôvod spočíva vo fyzike: keď sa list vrtule otáča vo vode, v jeho zadnej časti vzniká podtlak. V tomto podtlaku sa tvoria vzduchové bubliny - efekt známy ako Kavitácia je známe. Čím rýchlejšie sa vrtuľa otáča, tým viac bublín vzniká, tým hlasnejšie praskajú - a tým zreteľnejšie môže ponorku počuť nepriateľský sonar.
Moderné vrtule ponoriek sú navrhnuté tak, aby bola kavitácia do značnej miery potlačená. Existujú dva ďalšie prístupy k tejto problematike:
- Zapuzdrenie vrtule: Plášť udržiava stabilný tlak okolo vrtulových listov a zabraňuje tvorbe bublín.
- Pohony čerpadiel (trysky čerpadiel): Voľnú vrtuľu úplne nahraďte zapuzdreným prúdovým motorom vo vode. Podrobnosti o týchto systémoch podliehajú prísnemu utajeniu.
Rýchlosť: prekliatie a nevyhnutnosť
Rýchlosť a utajenie sa v ponorkách do značnej miery vylučujú. Rýchla plavba generuje hluk - hlučné lode sú lokalizované a stretávajú sa s takticky slepými sonarmi, pretože ich vlastný hluk prekrýva senzory. V istom zmysle je rýchla ponorka sama slepá.
V prípade bežných lodí je tento problém ešte závažnejší: ich pohonná sila je obmedzená. Teoretické maximálne rýchlosti okolo 20 uzlov sú pri potápaní sotva praktické - v hĺbke šnorchlovania prúd príliš zaťažuje trubicu a v hĺbke sa pri plnom plyne elektromotorov vybijú batérie za menej ako dve hodiny.
Napriek tomu je niekedy potrebná rýchlosť: Na prenasledovanie nepriateľa, únik pred nepriateľom alebo - čo je obzvlášť cenné z taktického hľadiska - na zaujatie pozície mimo dosahu nepriateľských senzorov, ktorú musí nepriateľ v krátkom čase minúť.
Riešenie s plynovou turbínou pre konvenčné ponorky
Plynové turbíny by boli ideálne pre vyššie rýchlosti - potrebujú však obrovské množstvo čerstvého vzduchu, viac ako dokáže dodať šnorchel. Na druhej strane, ponorenú ponorku možno ľahko lokalizovať pomocou radaru.
Jedno konštrukčné riešenie spája obidve možnosti: veža je predĺžená tak, že funguje ako veľký šnorchel. Samotná veža obsahuje dve plynové turbíny, ktoré vyrábajú elektrinu a poháňajú elektrickú turbínu v lodi - čo stačí na rýchlosť viac ako 25 uzlov. Veža vyčnieva z vody, ale má len signatúru rýchlostného člna pre radar. To je prijateľné pre pochod do oblasti nasadenia. Pri potápaní sa turbíny vypnú, prívody vzduchu sa uzavrú a opäť prevezme úlohu elektrický pohon.
Často kladené otázky o ponorkových pohonoch
Aký je rozdiel medzi konvenčným a jadrovým pohonom ponoriek?
Bežné ponorky používajú dieselové generátory a elektromotory doplnené batériami a prípadne systémami AIP. Musia sa pravidelne potápať alebo vynárať na hladinu. Jadrové ponorky môžu zostať ponorené takmer neobmedzene, ale sú vo všeobecnosti hlučnejšie a drahšie.
Čo je AIP a aké výhody ponúka?
AIP (Air Independent Propulsion) umožňuje vyrábať energiu pod vodou bez potreby vonkajšieho vzduchu. To predlžuje výdrž pod vodou na niekoľko dní bez toho, aby sa ponorka musela potápať alebo vynoriť - a teda bez akustickej alebo vizuálnej stopy.
Prečo je vrtuľa najhlučnejšou časťou ponorky?
Lopatky vrtule vytvárajú pri otáčaní podtlak, v ktorom sa tvoria a praskajú vzduchové bubliny - tzv. kavitácia. Tento hluk možno počuť z diaľky prostredníctvom sonaru. Moderné vrtule a pohony čerpadiel sú navrhnuté tak, aby minimalizovali kavitáciu.
Aké tiché sú moderné ponorky?
Moderné ponorky produkujú pri svojej prevádzke približne toľko hluku ako 80-wattová žiarovka - menej ako prirodzený hluk morského pozadia. Je to výsledok izolovaných strojovní, ložísk tlmených vibráciami a tichých elektrických motorov.
Prečo ponorky nemôžu plávať rýchlo?
Vysoká rýchlosť spôsobuje hluk a umožňuje ponorku ľahko odhaliť nepriateľským sonarom. Zároveň je vlastný sonar ponorky prekrytý jej vlastným hlukom, čo ju robí takticky slepou. Konvenčné lode majú tiež obmedzené energetické rezervy pre vysoké rýchlosti.
Prečo je na fotografiách ponoriek zvyčajne zakrytá vrtuľa?
Presná geometria vrtúľ moderných ponoriek podlieha prísnemu utajeniu, pretože má priamy vplyv na akustickú signatúru. Verejne viditeľné vrtule na fotografiách z lodeníc sú zvyčajne náhradné vrtule, nie prevádzkové pohonné jednotky.
Ďalšie témy
Nasledujúce články sa hlbšie zaoberajú súvisiacimi témami týkajúcimi sa stavby vojenských lodí, priemyselných procesov a vplyvu moderných námorných technológií na hospodárstvo a trh práce.