Химия в бою
Шрифт:
Энергетическая установка с топливными элементами в случае ее применения на лодках позволила бы отказаться от дизель-генераторов и аккумуляторных батарей. Она обеспечила бы также бесшумную работу главных двигателей, отсутствие вибрации и высокий коэффициент полезного действия — около 60–80 процентов при перспективном удельном весе установки до 35 килограммов на киловатт. По расчетам иностранных специалистов, расходы па постройку подводной лодки с топливными элементами могут быть вдвое-втрое ниже затрат на строительство атомной подводной лодки.
Печать сообщала, что в США велись работы по созданию наземного прототипа лодочной энергетической установки с топливными элементами. В 1964 году начались испытания такой установки на сверхмалой исследовательской
Большинство зарубежных специалистов склоняется к тому, что мощность энергетических установок этого рода не превзойдет 100 киловатт, а время их непрерывной работы 1000 часов. Наиболее рациональным поэтому считается применять топливные элементы прежде всего на сверхмалых и малых подводных лодках исследовательского или диверсионно-разведывательного назначения с автономностью около одного месяца.
Создание топливных элементов не исчерпывает всех случаев применения достижений электрохимии в подводном деле. Так, на атомных подводных лодках США применяются щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы, при зарядке которых выделяется не водород, а кислород. На некоторых дизельных подводных лодках этой страны вместо кислотных аккумуляторных батарей применяют щелочные серебряно-цинковые аккумуляторные батареи, обладающие втрое большей удельной энергией.
Еще более высоки характеристики серебряно-цинковых аккумуляторов одноразового действия для электроторпед подводных лодок. В сухом состоянии (без электролита) они могут храниться годами, не требуя никакого ухода. А приведение их в готовность занимает буквально доли секунды, причем аккумуляторы могут содержаться в снаряженном виде 24 часа. Габариты и вес подобных батарей в пять раз меньше, чем эквивалентных им свинцовых (кислотных). Некоторые типы торпед, которые состоят на вооружении американских подводных лодок, имеют батареи с пластинами из магния и-хлорида серебра, работающие на морской воде и также обладающие повышенными характеристиками.
Химия — одна из наиболее бурно развивающихся отраслей науки. Ее достижения в создании новых материалов все чаще заставляют специалистов пересматривать возможности и перспективы решения разнообразных технических проблем. Не составляет исключения и подводное кораблестроение, в частности, такая его проблема, как увеличение прочности корпуса подводного корабля. На каждый квадратный метр поверхности подводной лодки, погрузившейся на глубину, скажем, 200 метров, давит столб воды весом свыше 200 тонн. А ведь современные подводные корабли уходят и на значительно большие глубины. Противостоять такому чудовищному гидростатическому давлению может лишь корпус из высокопрочной стали. Но только ли из стали?
Несмотря на высокую прочность, сталь тяжела, велика ее плотность. С этим недостатком конструкторы в ряде случаев уже не могут мириться. Известно, что в авиации, ракетной технике со сталью все увереннее соперничают титан и его сплавы. За рубежом предпринимаются попытки использовать этот новый металл в кораблестроении. Сообщалось, что в США построена малая экспериментальная подводная лодка с корпусом из титанового сплава длиной 16 метров.
Но у титана свои недостатки. Он с трудом поддается обработке, плохо сваривается обычными методами, чувствителен к ударным нагрузкам. Вот почему иностранные исследователи ищут преемника стали и среди неметаллических материалов. Тем более, что с появлением пластмасс стало возможным создавать материалы с заранее заданными свойствами. Однако прочности-то порой пластмассам не хватает. Пример подал бетон. Пронизанный стальной арматурой, он превращается в крепчайший железобетон. Попробовали подобный метод для пластмасс: в синтетическую смолу включили арматуру из стеклянного волокна — и родился стеклопластик.
Плотность его в четыре раза ниже, чем у стали, а прочность лишь незначительно меньше.
Стеклопластики уже нашли себе не одну область применения на подводных лодках. Из них, например, изготовляют надстройки и ограждения рубок, обтекатели выдвижных устройств (перископов, антенн, воздушных шахт) и легкие корпуса спасательных аппаратов (рис. 5). Применение таких пластмассовых надстроек и ограждений снимает заботы о коррозии, позволяет достичь экономии в весе высоко расположенных частей корпуса, а значит, повысить остойчивость корабля. Сокращаются расходы, поскольку ограждение из стеклопластика при массовом производстве, как сообщалось, обходится втрое дешевле алюминиевого.
На экспериментальной лодке США «Дельфин» с глубиной погружения до 600–900 м из стеклопластика изготовлены баллоны сжатого воздуха. Иностранная печать отмечает такие качества этих баллонов, как вдвое меньший вес сравнительно с металлическими, повышенную ударостойкость, неподверженность коррозии и немагнитные свойства их материала. Из стеклопластика изготовлены также корпуса твердотопливных двигателей баллистических ракет «Поларис» А-2 и А-3.
Известны случаи и непосредственного применения эпоксидных смол на подводных лодках. Например, ими покрывают алюминиевые обтекатели выдвижных устройств, чтобы предохранить их от коррозии. Сейчас в США проводятся всесторонние лабораторные и полу-натурные испытания моделей отсеков прочного корпуса, которые выполнены из конструкционных пластмасс, также преимущественно относящихся к стеклопластикам.
Вместе с тем еще в 1964 году печать сообщала о проводимых в США работах по созданию сверхпрочного материала из волокон бора и эпоксидных смол. Ожидалось, что этот материал будет прочнее стали и легче алюминия. При этом указывалось, что, несмотря на его дороговизну, новый материал может найти применение в корабельных конструкциях. Другой сверхпрочный материал создавался американскими специалистами на основе эпоксидных смол и войлока из тончайших сапфировых усиков.
В последние годы в зарубежной печати много пишут о возможном использовании силикатного стекла для постройки прочных корпусов глубоководных аппаратов (рис. 6). Оказалось, что его прочность возрастает с увеличением глубины погружения. Так, по данным журнала «Кроузнест», на глубине более 6000 метров стеклянная сфера становится впятеро прочнее, чем на поверхности воды.
Когда на стекло наносили слой пластиката толщиной немного более 3 миллиметров, значительно уменьшалась его чувствительность к ударам. Упрочнения стекла и повышения его стойкости по отношению к ударным нагрузкам и изгибным напряжениям достигали также путем специальной химической обработки поверхности стеклянных сфер.
Свое первое практическое применение стеклянные сферы нашли в так называемых синтактических пеноматериалах. Эти пенопласты представляют собой смесь стеклянных микросфер с эпоксидной смолой или иным связующим материалом. Они имеют плотность около 600 кг/м3 и способны противостоять давлению воды на глубинах до 6 тысяч метров. Синтактические пенопласты уже используются для заполнения пространства между легким и прочным корпусом на ряде глубоководных аппаратов США. Как сообщала печать, в лаборатории ВМС США разрабатывают методы использования этих материалов в трехслойных корпусных оболочках в качестве прослойки между двумя слоями стеклопластиков. Иностранные специалисты считают, что в недалеком будущем подобные конструкции будут применяться и при постройке подводных лодок.