Ponorky jsou podvodní plavidla s vlastním pohonem, která jsou navržena a postavena tak, aby po stanovenou dobu prováděla operace pod vodou. Konstrukce ponorky se skládá ze systému s jednoduchým nebo dvojitým trupem, ve kterém jsou umístěny všechny potřebné systémy a lidská síla potřebná pro splnění jejich mise.

To je však velmi jednoduchý popis velmi složitého technického výrobku, který se používá pro širokou škálu účelů, jako je podvodní výzkum, podvodní záchrana a ponorková válka; poslední z nich je nejpoužívanější.

V této sérii článků se budeme zabývat konstrukcí námořních ponorek. V prvních několika článcích této série se nebudeme zabývat procesem navrhování, spíše se seznámíme s konstrukcí a funkčností ponorky, jejími částmi, celkovým uspořádáním, konstrukčním řešením a uspořádáním, stabilitou ponorky, systémy používanými v ponorce atd.

Pokud se budeme zabývat tímto, bude pro nás snadné dotknout se procesu navrhování ponorek. Ačkoli je proces návrhu, kterým se řídí všechna námořnictva, důvěrný a navzájem se liší, základy zůstávají stále stejné.

Primární cíle konstrukce ponorky jsou:

• Ponorka by měla vyhovovat funkčnímu určení zákazníka.
• Konstrukci by mělo být možné postavit s dostupnými zdroji.
• Náklady na projekt by měly být pro zákazníka přijatelné.

Části ponorky

Vnější trup a tlakový trup:

Většina konstrukcí ponorek má dva trupy. Trup, v němž jsou umístěny všechny obytné prostory, zbraně, systémy řízení zbraní, komunikační a řídicí místnost, baterie, hlavní a pomocné stroje, je tlakový trup. Nazývá se tlakový trup, protože je navržen tak, aby odolal hydrostatickému tlaku v maximální operační hloubce ponorky.

Tlakový trup je umístěn uvnitř vnějšího trupu, který není tlakotěsný. Proč? Protože v ponořeném stavu zůstávají prostory mezi vnějším a vnitřním trupem vždy zaplaveny mořskou vodou. Proto je hydrostatický tlak na vnější trup zanedbatelný.

Hlavní zátěžové nádrže (MBT):

Nyní jsou „zaplavitelné“ prostory rozděleny do nádrží, které se v terminologii ponorek nazývají hlavní zátěžové nádrže. Rozdělení hlavních balastních nádrží v ponorce závisí na tvaru a vzájemném působení vnějšího a tlakového trupu.

Fungování MBT pochopíme poté, co se budeme zabývat procesem ponoření ponorky a stabilitou ponorky. Některé konstrukce mají MBT pouze v přední a zadní části a zbytek tlakového trupu je spláchnut vnějším trupem.

Jiné konstrukce mají zcela odlišný vnější a tlakový trup, mezi nimiž je prostor pro balast. Některá uspořádání MBT jsou znázorněna na následujících obrázcích.

Plachta nebo můstková ploutev:

Plachta je proudnicově tvarovaná netlaková část ponorky nad vnějším trupem. Její různé typy stěžňů, které se nasazují z vnitřku ponorky při šnorchlování nebo plachtění těsně pod volnou hladinou.

Různé stěžně používané v ponorce jsou periskopový stěžeň, komunikační stěžeň, radarový stěžeň, stěžeň zbraňových senzorů atd. Ty se zvedají z ploutve můstku, když ponorka vyžaduje sledování hladiny ve skrytém režimu. Obrázek 7 ukazuje plachtu v ponorce, když stožáry nejsou vztyčeny.

Profil mostové ploutve v konstrukci ponorky má vždy tvar aerodynamického křídla, protože se chová jako hydrokřídlo s plachtami ponorky jen s ploutví nad vodou. Tento tvar snižuje odpor ponorky. Je velmi důležité udržet odpor v mezích, protože zabraňuje vzniku vírů a následně minimalizuje akustický podpis ponorky.

Řídicí plochy:

Když je ponorka v ponořeném stavu, změny směru a hloubky se provádějí pomocí hydroplánů, které fungují jako řídicí plochy. Abychom pochopili použití hydroplánů, musíme nejprve znát povahu pohybů, které zažívá ponorka v ponořeném stavu.

Na rozdíl od hladinové lodi jsou ponorky vystaveny menšímu náklonu a stoupání v důsledku absence účinků povrchových vln. K nezávislému řízení náklonu a sklonu se používá dvojice hydroplánů nebo ploutví na přídi a zádi. Hydroplány nebo ploutve jsou znázorněny na obrázku 8.

Dva hydroplány namontované na zádi ve svislé rovině se používají ke změně bočního směru ponorky při pohybu. V podstatě se jim říká kormidla. Všimněte si, že na rozdíl od lodí jsou kormidla ponorky umístěna před lodním šroubem.

Proč? Protože v případě lodi kormidlo vyžaduje pro maximální účinnost vztlaku výtok z vrtule. Ale u ponorky, protože je celý trup ponořen, dopadá na povrch kormidla nerušené proudění.

Pokud by bylo kormidlo ponorky umístěno za lodním šroubem, bylo by proudění na kormidlo více turbulentní, což by zvýšilo pravděpodobnost kavitace.

Jednou z důležitých věcí je, že hydroplány pracují s optimální účinností pouze při vysokých rychlostech.

Všeobecné uspořádání ponorky

Předtím, než přejdeme k poznání činnosti a funkcí jednotlivých systémů na ponorce, je nezbytné znát prostorové rozmístění hlavních oddílů a systémů po délce a šířce trupu. To nejlépe pochopíte, když se odvoláte na obrázek 9.

Na výše uvedeném obrázku konstrukce ponorky jsou jasně rozlišitelné tlakový a vnější trup. V přední části tlakového trupu jsou umístěny zbraňové systémy a senzory. Senzory jsou obvykle umístěny v zaplaveném prostoru mezi přední částí tlakového trupu a vnějším trupem.

Senzory jsou vždy umístěny v přední části kvůli snížení hluku z turbulentního proudění na zádi a překážení strojům v případě umístění na zádi. Zbraňový systém zahrnuje torpédomety, v nichž jsou uložena torpéda, odpalovací systém torpéd a provozní nádrže torpéd.

Nejpřednější část tlakového trupu slouží k uložení zbraní. Ty se ukládají do torpédometů, které jsou částečně umístěny uvnitř v tlakovém trupu a zasahují až k nejpřednějšímu obvodu vnějšího trupu.

Střední část tlakového trupu slouží k následujícím účelům:

• Systémy řízení lodi a zbraní: Všechny systémy na ponorce jsou dálkově ovládány z řídicího střediska lodi a zbraní. V tomto prostoru jsou umístěny všechny navigační řídicí systémy, zbraňové odpalovací systémy, ovládací a monitorovací panely strojů, potápěčský a vynořovací systém, řídicí systém řízení atd. Veškerá komunikace mezi posádkou ponorky a námořní základnou nebo jakýmkoli vnějším zdrojem dat probíhá z tohoto oddělení. Dnešní ponorky jsou automatizovány do té míry, že veškeré operace na ponorce při běžném hlídkování a válečných misích lze provádět z tohoto oddělení, aniž by posádka musela být přítomna kdekoli mimo řídicí místnost.

• Ubytování a podpora života: Ubytovací moduly, záchodové moduly, kuchyňka, chladicí a mrazicí místnosti jsou umístěny ve středním oddílu tlakového trupu. Takové umístění je nejen funkčně výhodné, ale také umožňuje snadný přístup do přední a zadní části ponorky. Vzhledem k tomu, že tato poloha je také pod plachtou, umožňuje posádce v nouzových podmínkách nejsnáze uniknout.

• Akumulátorová baterie: Zdrojem energie na dieselové ponorce jsou vodíkové články. Ty se nabíjejí pomocí dieselových alternátorů. Baterie složené z jednotek vodíkových článků jsou poskládány do polí a umístěny v prostoru zvaném bateriová banka. Obvykle má ponorka baterii ve více než jednom vodotěsném prostoru kvůli redundanci. Každá baterie má dostatečnou kapacitu pro zajištění všech operací ponorky po dobu její výdrže. Ventilace a eliminace vodíku z bateriového prostoru je nejvyšší prioritou, protože jakákoli přítomnost vodíku v prostoru může vést k explozi.

• Stroje a pomocná zařízení: Hlavní a pomocné strojní zařízení se podílí na hmotnosti ponorky přibližně jednou třetinou. Hlavní strojní zařízení se skládá z hlavních dieselových alternátorů, které se používají k nabíjení akumulátorů a s nimi spojených systémů, klimatizačního zařízení, hlavního vysokotlakého vzduchového systému atd. Pomocný strojní prostor je od hlavního strojního prostoru oddělen vodotěsnou přepážkou. V prostoru pomocného strojního zařízení je umístěn pomocný nebo hospodářský elektromotor, pomocné zařízení střídavého proudu, pomocný vysokotlaký vzduchový systém atd. Dieselové alternátory slouží k nabíjení akumulátorů, které následně pohánějí hlavní a pomocný elektrický pohonný motor.

• Pohonný prostor: V tomto prostoru, který se nachází na zádi tlakového trupu, je umístěn hlavní elektrický hnací motor, hlavní hnací hřídel a s ním spojené systémy, ocasní hřídel a přední a zadní vývodky, které slouží k dosažení vodotěsnosti u otvorů tlakového trupu a vnějšího trupu. V konstrukci diesel-elektrických ponorek je v pohonném prostoru umístěna také redukční převodovka.

Tvar trupu konstrukce ponorky:

Nejdříve ponorky používaly tvar trupu, který se značně lišil od tvarů používaných u dnešních ponorek. Vývoj tvaru trupu a jeho příčiny jsou proto zajímavým aspektem konstrukce ponorek. Nejideálnější tvar trupu ponorky pro minimální odpor je ideální proudnicový tvar s parabolickou přídí a eliptickou zádí, jak je znázorněno na obrázku 10.

První ponorky ve 40. letech 20. století používaly tento tvar kvůli minimálním nárokům na výkon a zanedbatelnému oddělení proudění kolem trupu. Bylo však zjištěno, že kvůli proudnicovému tvaru je využitelný objem uvnitř trupu nedostatečný, protože poloměr trupu zaznamenal strmý pokles těsně od zádi a před střední částí lodi. To nejenže udržovalo vysoké výrobní náklady, ale také oslabovalo možnost začlenění více úrovní paluby.

Tvar trupu používaný u moderních ponorek (od konce 70. let) je dlouhé válcové střední těleso s eliptickou přídí a zádí.

Přestože posun od ideálního proudnicového tvaru zvyšuje odpor a následné energetické nároky, dodatečné náklady na palivo po dobu životnosti ponorky jsou kompenzovány nízkými výrobními náklady, protože válcové sekce jsou mnohem levnější a snadněji se konstruují. Tento tvar také umožňuje začlenění více palub do stejného objemu trupu, a tudíž zajišťuje větší prostorové využití.

Důležité je vědět, že tvar a geometrie trupu ponorky je důležitým výchozím bodem návrhu, protože by nejen diktoval výše uvedený bod, ale také ovlivnil řadu dalších faktorů ponorky, jak je uvedeno níže.

Válcový tvar trupu zvyšuje manévrovací schopnosti ponorky díky větším hydrodynamickým silám vznikajícím působením hydroplánu. Bylo také zjištěno, že minimálního celkového odporu trupu a nejlepších manévrovacích vlastností se dosahuje při poměru délky k šířce v rozmezí 6 až 8.

O průměru ponorky se rozhoduje především na základě délky. A délka je stanovena na základě požadovaného tlakového objemu trupu a výtlaku ponorky. Více palub zvyšuje využitelnost objemu tlakového trupu a o počtu možných úrovní paluby v ponorce rozhoduje především její průměr.

Ponorka s jednou palubou by měla v tlakovém trupu dvě úrovně. Ponorky s průměrem trupu od 4 do 7 metrů jsou omezeny na jednu palubu. Ta by umožňovala dvě přístupné úrovně – pod úrovní paluby a nad úrovní paluby, jak je znázorněno na obrázku níže.

Dvě paluby se třemi přístupnými úrovněmi jsou možné u ponorek s průměrem trupu od 7 do 8 metrů. Diesel-elektrické ponorky velkých rozměrů mají obvykle tento rozměr.

Trojité paluby a konstrukce s duralovou palubou se používají pro průměry trupu od 9 do 11 metrů a od 11 do 13 metrů. Takto velké průměry se používají hlavně u ponorek s jaderným pohonem, kde je zapotřebí velký vertikální prostor pro jadernou elektrárnu.

Při aspektech konstrukce ponorky, o nichž pojednává tento článek, je třeba vyvodit sporný závěr, že po znalosti částí a funkcí ponorky a jejích systémů spočívá umění a dovednost dobrého konstruktéra ve snaze dosáhnout maximální objemové účinnosti konstrukce.

Některé prostory v ponorce mohou mít velmi specifický objem (například hlavní balastní nádrže), zatímco některé mohou mít jen několik specifických rozměrů (například akumulátorová baterie). Existovaly by také případy, kdy existují specifické objemové požadavky, ale nejsou tvarově specifické (například provozní nádrže torpéd a hlavní balastní nádrže). V závislosti na těchto požadavcích by dobrý konstruktér upřednostnil fáze návrhu a parametry, které jsou v každé fázi stanoveny.

Jedním z nejdůležitějších aspektů návrhu ponorky je její stabilita. Ačkoli se to ve srovnání s loděmi může zdát jednoduché, chápání stability ponorky je složitější než u lodí, protože by fungovala jak na hladině, tak pod hladinou.

A parametry stability ponorky se drasticky změní v okamžiku, kdy se ponorka ponoří do vody nebo vynoří, což vede k bodu, kdy se ponorka ocitne na hranici vratkosti. Jak a proč, o tom si povíme v příštím článku.

Odmítnutí odpovědnosti: Názory autorů vyjádřené v tomto článku nemusí nutně odrážet názory společnosti Marine Insight. Údaje a grafy, pokud jsou v článku použity, pocházejí z dostupných informací a nebyly ověřeny žádným zákonem stanoveným orgánem. Autor ani společnost Marine Insight netvrdí, že jsou přesné, ani za ně nepřebírají žádnou odpovědnost. Názory představují pouze názory a nepředstavují žádné pokyny nebo doporučení ohledně postupu, kterým by se měl čtenář řídit.

Článek ani obrázky nelze reprodukovat, kopírovat, sdílet nebo používat v jakékoli formě bez souhlasu autora a společnosti Marine Insight.

Značky: konstrukce ponorek

.