На подлодке есть основные балластные ёмкости и ёмкости переменного балласта. Балласт — морской термин, обозначающий любой груз, который используется для управления устойчивостью или предотвращения раскачивания судна. Обычно для этих целей используют воду или свинец. Свинцовые блоки помещаются на дно цилиндра корпуса подлодки. Этот балласт делает подлодку более устойчивой, чтобы при вращении она вернулась обратно в первоначальное положение, а не продолжала вращаться, как бревно при сплаве по реке. Идея использования балластных ёмкостей состоит в том, чтобы помочь судну в момент погружения.
Основные балластные ёмкости предназначены для того, чтобы помочь судну погрузиться, а затем вернуться на поверхность. Когда балластные ёмкости затапливаются, вода, попадая внутрь, придает дополнительный вес, что позволяет судну стать тяжелее. Этот добавившийся вес противодействует выталкивающей силе, поэтому судно начинает погружаться.
В свою очередь, объем судна включает и объем балластных ёмкостей, но когда ёмкости заполнены, объем уменьшается (а вес в данном примере остается прежним). Хотя вес остался прежним, объем уменьшился, а плотность равна массе, поделенной на объем. Судно становится более плотным — более плотным, чем морская вода, — и поэтому оно тонет.
Основные балластные ёмкости открываются в море через нижние заборники. Сверху балластных ёмкостей расположены вентиляционные клапан, которые по конструкции подобны стоку в вашей ванной. По форме они напоминают плоскую пробку, которая плотно входит в отверстие в корпусе подлодки.
Когда клапаны открыты, механизм втягивает «пробку» внутрь ёмкостей, открывая отверстие. Вода поступает снизу, потому что воздух выходит из отверстий в верхней части. Когда клапан закрыт, ёмкость остается сухой из-за содержащегося в ёмкостях сжатого воздуха. Вода может попасть в ёмкости только в том случае, если выпустить воздух наружу.
Ёмкости переменного балласта располагаются внутри подлодки в отличие от основных балластных ёмкостей. Они используются для незначительных изменений веса судна для контроля глубины погружения. На больших скоростях (более 5 узлов) судно движется под водой, а контроль глубины погружения осуществляется хвостовыми и носовыми плавниками. А на малых скоростях «принцип самолета» больше не применим. В данном случае судно больше напоминает воздушный шар, наполненный горячим воздухом, который полностью полагается на свой вес.
Во время Второй мировой войны любой прибор, который обеспечивал коммуникацию под водой, называли «Гертруда». Теперь подводный телефон называют UQC.
Устойчивость и почему подлодки вызывают морскую болезнь
Корпус подлодки имеет цилиндрическую форму, поэтому он очень неустойчив. Корпус обычного судна напоминает бокал для вина в разрезе. Если он начнет переворачиваться, то объем, погружающийся в воду, возрастает относительно объема, покидающего ее, что создает выталкивающую силу, которая старается вернуть судно в первоначальное положение. Это делает обычное судно устойчивым в воде. Подлодки не обладают подобными свойствами, потому что при вращении цилиндрического корпуса объем, погружающийся в воду, ранен объему, покидающему её.
Если вы наступите на бревно, находящееся в воде, оно будет вращаться вокруг продольной оси. Но если вы прикрепите снизу железный груз (балласт), оно повернется, но очень скоро выправится само собой, используя лишь горизонтальное расстояние от центра объема до центра тяжести. По этой причине моряки-подводники очень часто страдают от морской болезни — во время шторма подлодка являет собой жалкое зрелище. Нет ничего зазорного в том, чтобы, прильнув к перископу, держать пакет для рвоты в одной руке и соленое печенье — в другой во время нахождения на поверхности. «Дежурный по судну, погружаемся, чёрт побери!» — нечто подобное можно часто услышать при движении на поверхности во время качки.
В жизни подводника тоже есть свои прелести. Подлодка, погрузившаяся на 180 метров под воду, не почувствует ничего, даже если на поверхности бушует шторм. Старушка будет устойчива, как фундамент офисного здания.
Правильное распределение балласта
На малых скоростях (в особенности на перископной глубине) вес судна должен в точности соответствовать определенным требованиям. Это и называется правильное распределение балласта. Другие ёмкости переменного балласта расположены в носовой и кормовой частях подлодки, чтобы ни та, ни другая часть не перевешивали. Система распределения балласта представляет собой последовательность труб и насосов, которые отвечают за водообмен между балластными ёмкостями и внешним миром.
Система зависания тоже связана с системой распределения балласта. Она состоит из множества клапанов и приборов, которые позволяют воздуху под большим давлением заполнять одну из ёмкостей переменного балласта, которую называют ёмкость контроля глубины погружения.
Твёрдые ёмкости и другое
Ёмкости контроля глубины погружения — «твёрдые» ёмкости, которые способны выдержать давление морских глубин, хотя они расположены внутри корпуса подлодки. Когда в ёмкость поступает воздух под давлением, внешний клапан корпуса подлодки открыт, морская вода покидает судно, оно становится легче и всплывает вертикально вверх. Когда в ёмкости нет давления, внешний клапан корпуса подлодки открывается, вода поступает в ёмкость, судно становится тяжелее и погружается.
Блокиратор (механизм, который не позволяет машине делать что-то, угрожающее безопасности) закрывает клапан морской воды, когда её уровень достигает 95 %, чтобы предотвратить попадание поды в вентиляционный клапан. (На подлодке, название которой пусть останется неизвестным, этот блокиратор отказал, затопив нижний уровень передней части подлодки и до смерти напугав дежурного офицера).
Использование системы вертикального подъёма
Система вертикального подъёма используется, чтобы обеспечить вертикальный подъём судна на поверхность для выполнения следующих жизненно важных заданий:
• преодолеть полярные льды,
• напугать парусники,
• произвести впечатление на девчонок на яхтах.
На глубине 50 метров, когда балласт распределен и судно зависло на месте, дежурный по судну командует: «Вертикальный подъём на поверхность!»
Дежурный по судну приказывает запустить систему вертикального подъёма, чтобы обеспечить подъём со скоростью 1 м/с, и подлодка поднимается вертикально на поверхность (даже если основные балластные ёмкости полны). На поверхности балластные ёмкости осушаются при помощи экстренного взрыва с применением низкого давления. Это, естественно, не является обычным маневром.
Чтобы обеспечить нормальный подъём на поверхность, дежурный по судну отдает приказ о подъёме с использованием носовых и хвостовых плавников. Судно «взлетает» на поверхность, а система шноркель (последовательность труб, которая обеспечивает воздухом дизельную установку или взрыватель низкого давления) приводится в готовность. Активизируется взрыватель низкого давления, выпуская воздух непосредственно в основные балластные ёмкости. Так как клапаны закрыты, вода покидает ёмкости через клапаны в нижней части ёмкостей, судно поднимается на поверхность.
Экстренный взрыв: в случае затопления
В экстренном случае, таком, как затопление, дежурный офицер отдает приказ о взрыве в основной балластной ёмкости. Во время экстренного взрыва воздушные сосуды, находящиеся под большим давлением (сосуды из нержавеющей стали, прикрепленные к стенкам ёмкости изнутри), выпускают их содержимое через клапаны непосредственно внутрь балластных ёмкостей.
В результате воздух, хранившийся под давлением более 200 атм, выбрасывается внутрь ёмкостей. На тестовой глубине и даже глубже ёмкости осушаются в считанные секунды.
По истечении примерно 30 секунд после экстренного взрыва внутри ёмкостей в них не остается воды. Получив такой заряд выталкивающей силы, судно устремляется на поверхность под углом 45°.
Если во время подъёма судно достигнет большой скорости, то оно может почти что выпрыгнуть из воды во время экстренного взрыва балластных ёмкостей. Наверное, самым драматичным, что может сделать подлодка, является экстренный взрыв балластных ёмкостей на тестовой глубине. Как раз экстренный взрыв балластных ёмкостей на тестовой глубине на американской подлодке USS Greenville стал причиной затопления японского судна Ehime Maru.
