Phần lớn các tàu ngầm hiện đại được trang bị các nhà máy điện-diesel. Các thiết bị như vậy có những nhược điểm đặc trưng, đó là lý do tại sao việc tìm kiếm các giải pháp thay thế thuận tiện và có lợi được thực hiện. Thực tế cho thấy, trình độ công nghệ hiện đại có thể tạo ra các nhà máy điện hiệu quả cho các tàu ngầm phi hạt nhân, và chúng ta đang nói về các hệ thống có kiến trúc khác nhau.
Các vấn đề và giải pháp
Nhược điểm chính của tàu ngầm diesel-điện là cần phải sạc pin thường xuyên bằng máy phát điện diesel. Để làm được điều này, tàu ngầm phải nổi lên mặt nước hoặc di chuyển ở độ sâu kính tiềm vọng - điều này làm tăng khả năng bị đối phương phát hiện. Đồng thời, thời gian lặn trên pin thường không quá vài ngày.
Một giải pháp thay thế rõ ràng cho động cơ diesel là nhà máy điện hạt nhân, nhưng việc sử dụng nó không phải lúc nào cũng khả thi và hợp lý do sự phức tạp và chi phí cao. Về vấn đề này, trong nhiều thập kỷ, vấn đề tạo ra các nhà máy điện không phụ thuộc vào không khí (VNEU) với các đặc tính mong muốn và không có nhược điểm của hệ thống điện-diesel đã được nghiên cứu. Một số công nghệ mới thuộc loại này đã được đưa vào vận hành thành công và dự kiến sẽ đưa các công nghệ khác vào vận hành trong tương lai gần.
Nhìn chung, có một số cách tiếp cận để thành lập VNEU. Đầu tiên liên quan đến việc xây dựng lại máy phát điện diesel sử dụng một động cơ khác ít yêu cầu hơn về không khí đầu vào. Thứ hai đề xuất sản xuất điện bằng cách sử dụng cái gọi là. pin nhiên liệu. Thứ ba là cải thiện pin, bao gồm. cho đến sự từ chối của chính thế hệ của nó.
Thay thế của Stirling
Chiếc tàu ngầm phi hạt nhân đầu tiên mang mã hiệu VNEU được đưa vào biên chế năm 1996 là tàu Gotland của Thụy Điển. Tàu ngầm này có chiều dài 60 m, lượng choán nước 1600 tấn, đồng thời mang theo 6 ống phóng ngư lôi hai cỡ nòng. Nhà máy điện của nó được xây dựng trên cơ sở động cơ diesel-điện tiêu chuẩn và được bổ sung thêm các thành phần mới.
Hoạt động bề mặt và phát điện được cung cấp bởi hai động cơ diesel MTU 16V-396 và một cặp máy phát điện Hedemora V12A / 15-Ub. Cánh quạt ở mọi chế độ đều được dẫn động bằng động cơ điện. Ở vị trí chìm dưới nước, thay vì dùng động cơ diesel, tàu ngầm khởi động động cơ Stirling của loại Kockums v4-275R, sử dụng nhiên liệu lỏng và oxy hóa lỏng. Dự trữ của cái sau cho phép bạn ở dưới nước lên đến 30 ngày mà không cần lên. Ngoài ra, động cơ Stirling ít ồn hơn và không làm ảnh hưởng đến tàu ngầm.
Ba tàu ngầm mới được đóng theo dự án Gotland; tòa nhà thứ hai và thứ ba được đưa vào vận hành vào năm 1997. Vào đầu những năm 2000, một dự án với mã Södermanland đã được triển khai. Nó cung cấp cho việc hiện đại hóa hai tàu ngầm diesel-điện loại Västergötland với việc lắp đặt VNEU từ dự án Gotland. Nhật Bản trở nên quan tâm đến những phát triển của Thụy Điển. Theo giấy phép, cô đã lắp ráp VNEU cho các tàu ngầm loại "Soryu". Do kích thước và trọng lượng rẽ nước lớn, tàu ngầm Nhật Bản mang một lúc 4 động cơ v4-275R.
Tua bin tàu ngầm
Trong quá trình phát triển dự án Scorpène, các nhà đóng tàu Pháp đã đề xuất phiên bản VNEU của riêng họ dựa trên một động cơ thay thế. Việc lắp đặt như vậy, được gọi là Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), đã được cung cấp cho các khách hàng tiềm năng để sử dụng trên các tàu ngầm mới đóng.
Dự án MESMA đã đề xuất một động cơ tuabin hơi nước đặc biệt chạy bằng ethanol và khí nén. Quá trình đốt cháy hỗn hợp cồn-không khí được cho là để tạo ra hơi nước cho tuabin dẫn động máy phát điện. Các sản phẩm đốt cháy ở dạng khí cacbonic và hơi nước dưới áp suất cao được đề xuất thải ra ngoài trong toàn bộ phạm vi độ sâu hoạt động. Theo tính toán, tàu ngầm Scorpène với VNEU MESMA có thể ở dưới nước tới 21 ngày.
Nhà máy MESMA đã được cung cấp cho nhiều khách hàng khác nhau. Ví dụ, nó đã được lên kế hoạch sử dụng trong dự án Scorpène-Kalvari cho Ấn Độ. Tuy nhiên, nhà máy thử nghiệm cho thấy hoạt động không hiệu quả, và sự quan tâm đến dự án đã giảm mạnh. Do đó, các tàu ngầm diesel-điện mới của Pháp vẫn được trang bị động cơ diesel - mặc dù các nhà phát triển đã công bố một phương pháp hiện đại hóa mới với sự ra đời của các giải pháp hứa hẹn khác.
Năm 2019, các nhà đóng tàu Nga đã thông báo về việc phát triển một VNEU mới về cơ bản dựa trên động cơ tuabin khí chu trình khép kín. Nó bao gồm các bồn chứa oxy hóa lỏng: nó bay hơi và được cung cấp cho động cơ. Khí thải được đề xuất chỉ được đóng băng và thải ra ngoài khi nổi lên trong khu vực an toàn. Một VNEU tương tự đang được phát triển trong khuôn khổ dự án P-750B.
Pin nhiên liệu
Vào cuối những năm 90, Đức đã thành lập phiên bản VNEU của riêng mình. Năm 1998, việc chế tạo tàu ngầm đối đầu của dự án Type 212 mới được bắt đầu, được trang bị một hệ thống tương tự. Dự án của Đức liên quan đến việc sử dụng hệ thống Siemens SINAVY, kết hợp giữa động cơ điện và pin nhiên liệu hydro. Đối với chuyển động trên bề mặt, một máy phát điện diesel đã được giữ lại.
Tổ hợp SINAVY bao gồm các tế bào nhiên liệu trao đổi proton PEM của Siemens dựa trên hydrua kim loại từ một bình oxy hóa lỏng. Để đảm bảo an toàn hơn, các bình chứa ôxy và hydrua kim loại được đặt ở khoảng trống giữa các lớp vỏ chắc chắn và nhẹ. Trong quá trình vận hành của VNEU, hydro thu được từ hiđrua kim loại, cùng với oxy, được đưa đến các màng và điện cực đặc biệt, nơi tạo ra dòng điện.
Quyền tự chủ của tàu ngầm "212" đạt 30 ngày. Một ưu điểm quan trọng của VNEU SINAVY là gần như hoàn toàn không có tiếng ồn trong quá trình vận hành với hiệu suất đủ cao. Đồng thời, nó khó sản xuất và vận hành, và cũng có những nhược điểm khác.
Sáu chiếc tàu ngầm 212 đã được chế tạo cho Hải quân Đức. Vào năm 2006-2017. bốn trong số các tàu này đã đi vào hoạt động trong hạm đội Tây Ban Nha. Trên cơ sở "212", dự án "214" được tạo ra, nhằm bảo toàn VNEU hiện có. Những chiếc tàu ngầm như vậy rất phổ biến trên thị trường quốc tế. Đơn đặt hàng nhận được từ bốn quốc gia cho hơn 20 chiếc thuyền. 15 tàu đã được đóng và giao cho khách hàng.
Cần lưu ý rằng VNEU dựa trên pin nhiên liệu đang được phát triển không chỉ ở Đức. Song song với dự án MESMA ở Pháp, một biến thể của tàu ngầm Scorpène với việc sử dụng pin nhiên liệu đã được phát triển. Chính những chiếc tàu ngầm này đã được bán cho Ấn Độ. Bây giờ các yếu tố của một thế hệ mới đang được tạo ra. Trước đó, có thông tin cho rằng pin nhiên liệu của nó đang được phát triển ở Nga. VNEU loại này đã vượt qua các bài kiểm tra dự bị, và trong tương lai nó sẽ được kiểm tra trên tàu thử nghiệm.
Tàu ngầm chạy bằng pin
Sự xuất hiện của các động cơ và phương tiện thế hệ mới về cơ bản không loại trừ nhu cầu phát triển thêm các công nghệ và đơn vị hiện có. Do đó, pin lưu trữ của các loại đã được biết đến và có chủ sẽ giữ được giá trị cao. Trong các dự án đầy hứa hẹn, chúng thậm chí còn được coi là nguồn năng lượng duy nhất cho tất cả các hệ thống.
Các quy trình tò mò được quan sát thấy trong quá trình đóng tàu của Nhật Bản. Nhật Bản là một trong những quốc gia đầu tiên làm chủ VNEU với động cơ Stirling, nhưng vào năm 2015 và 2017. hai tàu ngầm của dự án Soryu sửa đổi đã được đặt mà không có hệ thống này. Không gian cho pin tiêu chuẩn và đơn vị VNEU đã được dành cho pin lithium-ion hiện đại. Do đó, thời lượng lặn đã được tăng gấp đôi so với pin của thế hệ trước.
Kể từ năm 2018Việc chế tạo các tàu ngầm của dự án Taigei mới, ban đầu được phát triển bằng cách sử dụng lắp đặt diesel-điện và pin lithium-ion, đang được tiến hành. Con tàu dẫn đầu của dự án mới đã được hạ thủy và hai thân tàu nữa đang được xây dựng từ năm ngoái. Tổng cộng, người ta có kế hoạch đóng 7 tàu ngầm và được đưa vào sử dụng từ năm 2022.
Có rất nhiều dự án tàu ngầm siêu nhỏ, chỉ được trang bị pin. Trong tương lai, kiến trúc này có thể được ứng dụng trong các dự án lớn. Mới đây, các nhà đóng tàu Pháp đã trình làng dự án ý tưởng SMX31E, kết hợp rất nhiều quyết định táo bạo nhất. Đặc biệt, tàu ngầm chỉ nhận được các khẩu đội với tất cả các khối lượng sẵn có, bao gồm. giữa cơ thể bền và nhẹ. Pin phải được sạc ở gốc trước khi ra khơi.
Người ta ước tính rằng khi được sạc đầy, SMX31E sẽ có thể chìm trong nước trong 30-60 ngày, tùy thuộc vào tốc độ lái xe và tổng năng lượng tiêu thụ. Đồng thời, nó được lên kế hoạch để đảm bảo khả năng hoạt động đầy đủ của tất cả các thiết bị, tổ hợp tiêu chuẩn và bổ sung, v.v.
Trong quá trình tiến hóa
Như vậy, trong những thập kỷ gần đây, đã có những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực tàu ngầm phi hạt nhân của ĐHQGHN. Các biến thể khác nhau của các hệ thống này với các tính năng và ưu điểm nhất định đã được phát triển, thử nghiệm, đưa vào các dự án và đưa vào sử dụng. Tuy nhiên, ngay cả những cài đặt độc lập với không khí mới nhất cũng có những nhược điểm nhất định. Chúng vẫn phức tạp và đắt tiền, cả để sản xuất và vận hành.
Mặc dù có ưu thế về đặc tính kỹ chiến thuật nhưng tàu ngầm của VNEU vẫn chưa thể thay thế được tàu ngầm diesel-điện có kiến trúc “truyền thống”. Hơn nữa, sau này đang phát triển và cũng sử dụng các công nghệ và thành phần hiện đại nhất. Một ví dụ nổi bật về sự cạnh tranh giữa các lớp tàu khác nhau là sự phát triển của hạm đội tàu ngầm Nhật Bản, đội tàu này đã quay trở lại sơ đồ diesel-điện ở một cấp độ kỹ thuật mới.
Rõ ràng, sự cạnh tranh giữa lắp đặt không khí độc lập và động cơ diesel-điện sẽ tiếp tục trong tương lai gần - và vẫn chưa có yêu thích rõ ràng nào. Đồng thời, hiển nhiên rằng lực lượng hải quân trên thế giới là những người chiến thắng. Họ có cơ hội lựa chọn phương án tốt nhất cho nhà máy điện đáp ứng tốt nhất tất cả các yêu cầu.
