Подлодка Герна
Оригинал взят у mr_toft в Подлодка Герна
Когда в 1863-м году Морское Министерство предложило военному инженеру Оттомару Борисовичу Герну создать боевую подводную лодку с единым (ни много ни мало!) механическим двигателем подводного и надводного хода, ни Герн, ни его заказчики, конечно, не могли предвидеть всей сложности подобной задачи. Ведь в полной мере эта проблема будет решена лишь после создания паровой турбины и ядерного реактора.
Выбор морских военных был неслучаен: к тому времени Герн уже имел немалый опыт в постройке подводных судов. Первую свою подлодку (подводный брандер) на "мускульном приводе" он смастерил ещё во время Крымской войны, в 1853 году. Тогда же он определил и основное назначение подводного судна.
Это должна была быть диверсионная подлодка, способная скрытно подойти к вражеским кораблям, стоящим на рейде, выбрать цель, поразить её и столь же скрытно отойти в расположение стационарной (или мобильной) базы. В течение десяти лет Герн сконструировал и построил три подводные лодки. И каждая была совершеннее предыдущей.
Приступая к сооружению своей четвёртой модели, Герн обобщал не только свой собственный опыт. Обладая блестящим образованием, широчайшими техническими познаниями и пытливым умом, он, помимо всего прочего, внимательно следил за развитием мирового подводного судостроения, благо его служебные командировки за границу в качестве военного наблюдателя предоставляли такую возможность.
К сожалению, об этом проекте Герна документально известно очень немного. Вероятно, чертежи (или хотя бы эскизы) подлодки и по сей день лежат где-то в архивах и ждут своих исследователей.
До нас дошли отдельные описания, впечатления современников, косвенные сведения и проч. Всё это позволяет получить общее представление об аппарате, который с 1867 года в течение десяти лет испытывали на военной базе в Кронштадте. Компоновочные схемы подводной лодки опубликованы:
Схемы можно использовать в качестве исходных данных о внутреннем устройстве подводной лодки. Но облик субмарины они передают весьма приблизительно, поскольку в них явно не соблюдены относительные масштабы элементов конструкции.
Если воспользоваться некоторыми приёмами 3D моделирования, внешний вид этой подлодки можно восстановить более точно.
Так, известно, что четвёртая субмарина Герна по форме напоминала веретено (или сигару), обладая - по представлениям того времени - минимальным сопротивлением движению в воде. Максимальный диаметр корпуса составлял 2 метра, длина - 12 метров, объём - 25 кубических метров (поскольку полное водоизмещение составляло 25 тонн). Коль скоро корпус является простым телом вращения, этих данных достаточно для того, чтобы получить форму судна, близкую к оригиналу.
Историки сообщают, что подлодка разделена на три отсека: носовой, объёмом в 3 куб.м, центральный (11 куб.м) и кормовой (11 куб.м). Эти числа однозначно определяют расположение внутренних переборок. Видно, что силуэт подлодки отличается от того, что опубликовано до сих пор: и моторный, и носовой отсеки оказываются существенно длиннее, центральный - короче; поплавок смещается к носу. Да и сам поплавок должен быть шире, коль скоро он являлся одновременно и входом в подлодку.
В носовом помещении, помимо водолазного шлюза, размещена балластная цистерна и подводный якорь. Логично поместить люк для подводного выхода в самой широкой части отсека. Исходя из минимальных требований к обитаемости шлюза, можно получить верхнюю оценку объёма носовой балластной цистерны, а также расположение соответствующих кингстонов.
Система погружения и всплытия включала (помимо цистерны балласта в центральном отсеке) также и выдвижной поплавок. Естественно предположить, что центры масс уравновешенной подлодки, цистерны центрального отсека и поплавка должны лежать в одной поперечной плоскости: тогда при заполнении и осушении цистерны субмарина будет сохранять так называемый "ровный киль".
Вышесказанное поддаётся численным оценкам и накладывает определённые ограничения на объёмы и расположение центральной цистерны и поплавка.
Здесь возможны различные варианты. Наиболее рациональным мне показался следующий выбор объёмов балластных цистерн: центральная - 2.2 куб.м и носовая - 0.8 куб.м. Следовательно, общий объём балластных цистерн (3 куб.м) даёт минимально возможное водоизмещение подлодки в надводном положении - 22 тонны, что отвечает, соответственно, максимальному запасу плавучести в 14% (при полностью заполненной носовой цистерне запас плавучести будет 10%).
Таким образом, встречающееся в различных публикациях утверждение о том, что субмарина Герна якобы обладала запасом плавучести в 64% (?!) мне представляется ошибочным. Объём балластных цистерн, отвечающих запасу плавучести 64% подводного судна водоизмещением в 25 тонн, составлял бы 9.8 куб.м. В двух отсеках общим объёмом 14 куб.м. их попросту негде разместить! На оборудование (помпы, насосы, баллоны с кислородом, рулевое управление, водолазное снаряжение, регенерационную систему и т.п.) и обитание минимум трёх подводников остаётся слишком мало места (4.2 куб.м). К слову сказать, запас плавучести в 64% - единственное число в публикациях о подлодке Герна, от которого мне пришлось категорически отказаться.
Также не могу согласиться с тем, что носовая балластная цистерна везде именуется "основной", а центральная - "уравнительной". По всему судя, всё было ровно наоборот. Назначение носовой цистерны - по логике - именно в том, чтобы выравнивать лодку при заполнении шлюза водой во время водолазных работ.
Я предполагаю, что при заполнении носовой цистерны на 50% (и c осушенной центральной цистерной) лодка с экипажем, полностью заправленная топливом и прочими ресурсами, становилась на "ровный киль". Её водоизмещение составляет в подобном положении 22.4 тонны, запас плавучести - 12%. Это даёт нам основную ватерлинию (и, кстати, определяет расположение мощных рымов в кормовой и носовой части корпуса). Перевод же лодки в положение с нулевой плавучестью производился посредством заполнения центральной цистерны, как это и происходит в подводных лодках при использовании цистерн основного балласта.
В такой интерпретации система погружения/всплытия представляется и логичной, и рациональной.
Герн мог ограничиться одной дифферентной цистерной в носовом отсеке для того, чтобы упростить уравновешивание лодки в продольной оси. На таком небольшом подводном судне потребовалась бы строгая точность и синхронность осушения и заполнения дифферентных цистерн, будь они расположены в оконечностях корпуса.
Напомню, что вторая катастрофа подводной лодки "Ханли" произошла именно из-за того, что носовая дифферентная цистерна заполнилась прежде кормовой...
В данной же компоновке нарушение дифферента (по мере траты горючего, при использовании носового отсека в качестве водолазного шлюза, выходе/входе водолаза, постановке судна на подводный якорь и т.п.), компенсируется простым добавлением/откачиванием соответствующей части балласта одной лишь носовой цистерны. Учитывая малочисленность экипажа, простота горизонтального уравновешивания лодки была, конечно, немаловажным делом. Оценки показывают, что при объёме носовой цистерны в 0.8 куб.м, шлюзовую камеру в принципе можно было использовать вплоть до глубин в 15 метров. Это с запасом превышает рабочую глубину субмарины (3-5 метров).
Итак, при полном заполнении центральной цистерны субмарина обретала плавучесть, близкую к нулевой, погружаясь по середину поплавка-башенки (аналог того, что сейчас называют "позиционным положением" лодки). Дальнейшее изменение плавучести производилось подвижным поплавком-башенкой. Выдвигая поплавок посредством червячной передачи, оператор увеличивал плавучесть аппарата. Задвигая поплавок - соответственно, уменьшал плавучесть.
Этот способ хорошо зарекомендовал себя на малых подводных аппаратах того времени. Спустя годы, в 80-х, одна из модификаций подлодок Джевецкого, по отзывам комиссии испытаний, удерживала глубину с точностью до 20 см именно путём подобной же регулировки внутреннего объёма лодки.
В источниках указывают, что лодка оборудована ручными помпами для откачивания балласта. Полагаю, однако, что для быстрого осушения цистерн Герн мог предусмотреть также и продувку цистерн сжатым воздухом: ведь проект Александровского к описываемому времени уже осуществлён и, несомненно, был хорошо известен Герну.
Маневрирование по горизонтали и вертикали на ходу производилось посредством перекладки горизонтальных и вертикальных кормовых рулей. Симметричность корпуса определяет и симметричность расположения плоскостей управления (как это имеет место быть на торпедах и современных атомоходах). Отсутствие верхнего вертикального руля, на мой взгляд, создавало бы - при повороте под водой - паразитные крен и дифферент, которых легко избежать, просто добавив плавник, парный нижнему.
Такая компоновка вертикальных плоскостей, по-видимому, лежит и в русле эволюции технической мысли Герна. Судя по дошедшим до нас схемам, вертикальный руль, состоящий из двух плавников (с гребным валом, проходящим между ними) применялся конструктором на второй его подлодке (а возможно, и на первой). Поэтому я и изобразил руль поворота в виде пары подвижных плавников.
Подобные же соображения относятся и к предохранительному кольцу вокруг гребного винта. Его могло и не быть, но, по всему судя, этот элемент был весьма распространён на субмаринах того времени; он встречается на изображении подлодки Александровского, есть такое кольцо и на легендарной "Ханли". На рисунке первого проекта подлодки Герна (ещё с архимедовым винтом в качестве движителя) также можно увидеть подобное же кольцо. Вот я и дополнил модель этим элементом.
Прочие элементы, вынесенные наружу корпуса, являются стандартными для любого судна подобного типа (лёгкий леер, трапы, киповые планки, кнехты и проч.). Логично предусмотреть один съёмный люк над машинным отделением, расположенном в кормовом отсеке.
Конечно, мой вариант внешнего облика подлодки Герна вариативен, местами произволен. Если (и когда) обнаружатся подлинные чертежи (или хотя бы оригинальные эскизы) О.Б.Герна, относящиеся к этому проекту, будет любопытно сравнить реконструкцию с реальным прототипом.
Как известно, главную задачу этого изначально амбициозного проекта Герн решить не смог. Он так и "не научил" ходить свою субмарину под водой на паровом движке: продукты сгорания вырывались из топки всякий раз, когда выхлопные трубы оказывались ниже уровня воды. Впрочем, под водой на поршневых паровых машинах в 19 веке подводные лодки "не пошли" ни у кого (а в 20 веке паровые машины были окончательно вытеснены двигателями внутреннего сгорания).
Однако, надёжное диверсионное подводное судно на элементной базе современных ему технологий Герн всё-таки создал! Правда, для этого ему пришлось применить новый принцип - принцип раздельного хода (ставший впоследствии классическим). Его универсальная двухпоршневая машина работала под паром, переходя в подводном положении в режим пневматического двигателя.
В наиболее практичном варианте для перевода энергосистемы с пара на сжатый воздух на лодке Герна требовались считанные секунды, причём работа машины не прерывалась ни на мгновение. Достаточно было перекрыть топливный шланг, после чего форсунка в топке гасла. Поток воздуха, обеспечивающий тягу, выдувал остатки продуктов сгорания из топки через дымоход в выхлопные трубы. Возможно, некоторое время машина работала на остаточном давлении пара. Тем временем перекрывалась воздухозаборная труба, вентиляционная магистраль переключалась в режим регенерации воздуха, прокачивая посредством вентилятора воздух через поглотитель углекислого газа (специальную ёмкость с известью; кислород, по мере надобности, добавлялся из баллонов). Компрессор, посредством которого в режиме надводного хода можно было пополнять запасы сжатого воздуха, отключался от привода двигателя и отсекался от пневмомагистрали; специальный вентиль отключал дымоход топки от выхлопных труб.
Теперь достаточно переключить вход двигателя с паропровода на воздушную магистраль (идущую от резервуара сжатого воздуха) - и цикл перевода подлодки в режим подводного хода завершён!
Резервуар сжатого под 100 атм. воздуха ёмкостью около 1.7 куб.м обеспечивал ход примерно на одну морскую милю (около двух километров). Скрытно сблизившись с избранной целью, экипаж подлодки получал шанс поразить неприятельское судно.
Для этой цели О.Б.Герн в 1872 году сконструировал и изготовил самодвижущуюся мину (торпеду) - крупный "дальнобойный" семиметровый снаряд массой в 5 тонн, и диаметром в 1 метр.
Торпеда крепилась под корпусом судна (такую компоновку впоследствии повторили на мини-субмаринах времён второй мировой войны в Германии и других странах).
Вот что пишут историки об этой торпеде:
"Герн не ставил задачи получения большой скорости: его больше интересовала дальность хода, так как эта торпеда предназначалась для поражения стационарных целей у уреза воды.
Торпеда К.Б. Герна была изготовлена из листовой стали толщиной 5 мм и делилась на четыре отсека: отсек боевого зарядного отделения, отсек гидростата, отсек воздушного резервуара и отсек пневматического двигателя.
В первом отсеке находился заряд массой 100 кг с инерционным чувствительным взрывателем, срабатывающим при соприкосновении торпеды с целью.
Во втором отсеке был расположен механизм гидростата, управляющего носовыми и кормовыми горизонтальными рулями.
Торпеда Герна имела крестообразные стабилизаторы курса в виде гребней, простирающихся от носа до кормы, а в площади горизонтальных стабилизаторов были установлены горизонтальные рули.
Пневматический двигатель мощностью около 50 кВт имел два цилиндра и был рассчитан на рабочее давление 100 атм".
Специалисты считают 12 узлов, с которыми шла торпеда Герна, небольшой скоростью, а саму торпеду, поэтому - "тихоходной". Вспомним, однако, что первые торпеды ходили вообще на пяти-восьми узлах. Правда, они быстро совершенствовались, но в целом торпеду Герна в 70-х годах 19 века можно было как минимум считать крепким "середняком".
О скорости самой лодки, к сожалению, не известно ничего. Можно предположить, однако, что, учитывая её обтекаемость и мощность машины (6.8 лс) скорость вполне могла достигать 5 узлов (примерно 10 км в час). Историки пишут, что горючего в ней хватало на 6 часов работы. Если так, то любая цель в пределах круга радиусом 30 км (с центром в районе расположения плавбазы подводной лодки) могла стать объектом атаки.
Возможно, по замыслу конструктора, подводная лодка должна была бы приблизиться к цели в сумерках, лучше всего в вечернее время, дабы обеспечить ретираду уже практически в темноте.
Подойдя к противнику на расстояние порядка двух-трёх километров в крейсерском положении, судно могло затем перейти в подводное (или полуподводное, выставив из воды только наблюдательную башенку по иллюминаторы) положение, сблизиться с выбранной целью на дистанцию до километра и произвести пуск торпеды.
После того, как торпеда пошла на цель, субмарина могла развернуться и лечь на обратный курс.
Идущая на скорости 12 узлов торпеда достигает цели на дистанции в километр за две-три минуты. За это время лодка удалится с места атаки на триста метров и ещё около семисот сможет пройти в подводном положении. Затем можно было бы встать на подводный якорь и дождаться полной темноты, после чего всплыть и дойти до плавбазы.
Но скорее всего после взрыва неизбежная суматоха и паника могли бы позволить лодке благополучно уйти сперва подводным, а потом, после истощения запасов сжатого воздуха - надводным ходом и окончательно раствориться в сгущающейся темноте.
В целом проект оказался, по моему мнению, удачным. И не вина Герна в том, что потенциал его субмарины не оценили в полной мере.
По всей видимости, подлодка Герна стала своего рода вершиной возможного для подводных судов своего времени. Более того: в планах конструктора было создание раздельной энергосистемы в виде комплекса паровой машины и электродвигателя (который одновременно был бы и динамо-машиной), питающегося от аккумуляторов (они к тому времени были изобретены и активно совершенствовались). Аккумуляторы можно было бы подзаряжать в надводном положении на ходу (подобно тому, как это было уже реализовано с компрессором и резервуаром сжатого воздуха).
Конечно, установка электродвигателя и отказ от пневмохода потребовали бы существенного переоборудования лодки... Но цель оправдала бы подобные издержки. Если бы этот вариант осуществили, в России появился бы полный аналог дизель-электрической торпедной лодки отдаленного будущего. Применение электродвигателя ликвидировало бы пенистый след отработанного воздуха, который демаскировал лодку и затруднял скрытный подход к противнику, особенно в дневное время при малом волнении. Использование электроаккумуляторов могло увеличить также и дистанцию подводного хода. К сожалению, эта перспективная модернизация подлодки Герна осуществлена не была.
Подводя итог сюжету, хочется процитировать слова историка И.А.Быховского:
"Герн сконструировал и построил первое в мире подводное судно, представлявшее собой веретенообразное тело,
первым использовал поперечные сферические переборки, разделявшие корпус на водонепроницаемые отсеки,
первым в России установил на ПЛ в качестве движителя гребной винт,
впервые в практике подводного судостроения применил для движения ПЛ пневматическую энергетическую установку, способную работать по комбинированному циклу,
сконструировал гребной винт с поворотными лопастями,
впервые в практике отечественного подводного судостроения пытался осуществить комплексную регенерацию воздуха,
спроектировал и построил торпеду собственной конструкции.
Его ПЛ № 2 была первой, оборудованной магнитным компасом со специальным дефлектором.
Все вышесказанное дает основание причислить О.Б.Герна к плеяде выдающихся деятелей отечественного подводного судостроения XIX века, как К.А.Шильдер, И.Ф.Александровский, О.С.Костович и С.К.Джевецкий".
Присоединяюсь и разделяю.
* * *
В заключение мне приятно поблагодарить уважаемого mendeleev’а за плодотворные обсуждения реконструкции проекта Герна и за неизменно благожелательный интерес к этой моей работе. Вообще идея собрать воедино и опубликовать, хотя бы вкратце, те соображения, которыми мы обменивались во время нашего заочного общения, также ведь принадлежит ему: mendeleev убедил меня, что эти самые соображения могут быть интересны не только нам.
Ну и, конечно, отдельная ему благодарность за сценарий и музыку к ролику про эту лодку (который ролик мы с ним наконец-таки смастерили и выложили в youtub'е на моём тамошнем канале).
Я рад, что mendeleev делает модель этой субмарины и предвкушаю удовольствие полюбоваться ею, когда он её закончит.
Благодарю работников Центрального Морского Архива и его директора С.В.Чернявского за то, что они прислали мне портрет Оттомара Борисовича Герна, опубликованный, кстати, недавно в уникальной по полноте энциклопедии А.М.Пожарского "Подводное плавание в России 1834 - 1918 гг". Рекомендую это издание всем, интересующимся историей подводного судостроения.
Мне лестно, что ведущий авторитетного сайта "Штурм глубины" А.С.Николаев нашёл возможным опубликовать вариант реконструкции на своих страницах.
3D модель подводной лодки О.Б.Герна (в 3dsMax), которая "снималась" в упомянутом ролике, помещена (вместе с текстурами) здесь, так что желающие могут её скачать.
Если кто-то найдёт полезным использовать модель в своих работах, буду только рад.
Эта лодка стоит того, чтобы о ней помнили…
Александр Сокорнов (toft)
toft@pisem.net
Россия, Петербург, 2012г
Когда в 1863-м году Морское Министерство предложило военному инженеру Оттомару Борисовичу Герну создать боевую подводную лодку с единым (ни много ни мало!) механическим двигателем подводного и надводного хода, ни Герн, ни его заказчики, конечно, не могли предвидеть всей сложности подобной задачи. Ведь в полной мере эта проблема будет решена лишь после создания паровой турбины и ядерного реактора.
Выбор морских военных был неслучаен: к тому времени Герн уже имел немалый опыт в постройке подводных судов. Первую свою подлодку (подводный брандер) на "мускульном приводе" он смастерил ещё во время Крымской войны, в 1853 году. Тогда же он определил и основное назначение подводного судна.
Это должна была быть диверсионная подлодка, способная скрытно подойти к вражеским кораблям, стоящим на рейде, выбрать цель, поразить её и столь же скрытно отойти в расположение стационарной (или мобильной) базы. В течение десяти лет Герн сконструировал и построил три подводные лодки. И каждая была совершеннее предыдущей.
Приступая к сооружению своей четвёртой модели, Герн обобщал не только свой собственный опыт. Обладая блестящим образованием, широчайшими техническими познаниями и пытливым умом, он, помимо всего прочего, внимательно следил за развитием мирового подводного судостроения, благо его служебные командировки за границу в качестве военного наблюдателя предоставляли такую возможность.
К сожалению, об этом проекте Герна документально известно очень немного. Вероятно, чертежи (или хотя бы эскизы) подлодки и по сей день лежат где-то в архивах и ждут своих исследователей.
До нас дошли отдельные описания, впечатления современников, косвенные сведения и проч. Всё это позволяет получить общее представление об аппарате, который с 1867 года в течение десяти лет испытывали на военной базе в Кронштадте. Компоновочные схемы подводной лодки опубликованы:
Схемы можно использовать в качестве исходных данных о внутреннем устройстве подводной лодки. Но облик субмарины они передают весьма приблизительно, поскольку в них явно не соблюдены относительные масштабы элементов конструкции.
Если воспользоваться некоторыми приёмами 3D моделирования, внешний вид этой подлодки можно восстановить более точно.
Так, известно, что четвёртая субмарина Герна по форме напоминала веретено (или сигару), обладая - по представлениям того времени - минимальным сопротивлением движению в воде. Максимальный диаметр корпуса составлял 2 метра, длина - 12 метров, объём - 25 кубических метров (поскольку полное водоизмещение составляло 25 тонн). Коль скоро корпус является простым телом вращения, этих данных достаточно для того, чтобы получить форму судна, близкую к оригиналу.
Историки сообщают, что подлодка разделена на три отсека: носовой, объёмом в 3 куб.м, центральный (11 куб.м) и кормовой (11 куб.м). Эти числа однозначно определяют расположение внутренних переборок. Видно, что силуэт подлодки отличается от того, что опубликовано до сих пор: и моторный, и носовой отсеки оказываются существенно длиннее, центральный - короче; поплавок смещается к носу. Да и сам поплавок должен быть шире, коль скоро он являлся одновременно и входом в подлодку.
В носовом помещении, помимо водолазного шлюза, размещена балластная цистерна и подводный якорь. Логично поместить люк для подводного выхода в самой широкой части отсека. Исходя из минимальных требований к обитаемости шлюза, можно получить верхнюю оценку объёма носовой балластной цистерны, а также расположение соответствующих кингстонов.
Система погружения и всплытия включала (помимо цистерны балласта в центральном отсеке) также и выдвижной поплавок. Естественно предположить, что центры масс уравновешенной подлодки, цистерны центрального отсека и поплавка должны лежать в одной поперечной плоскости: тогда при заполнении и осушении цистерны субмарина будет сохранять так называемый "ровный киль".
Вышесказанное поддаётся численным оценкам и накладывает определённые ограничения на объёмы и расположение центральной цистерны и поплавка.
Здесь возможны различные варианты. Наиболее рациональным мне показался следующий выбор объёмов балластных цистерн: центральная - 2.2 куб.м и носовая - 0.8 куб.м. Следовательно, общий объём балластных цистерн (3 куб.м) даёт минимально возможное водоизмещение подлодки в надводном положении - 22 тонны, что отвечает, соответственно, максимальному запасу плавучести в 14% (при полностью заполненной носовой цистерне запас плавучести будет 10%).
Таким образом, встречающееся в различных публикациях утверждение о том, что субмарина Герна якобы обладала запасом плавучести в 64% (?!) мне представляется ошибочным. Объём балластных цистерн, отвечающих запасу плавучести 64% подводного судна водоизмещением в 25 тонн, составлял бы 9.8 куб.м. В двух отсеках общим объёмом 14 куб.м. их попросту негде разместить! На оборудование (помпы, насосы, баллоны с кислородом, рулевое управление, водолазное снаряжение, регенерационную систему и т.п.) и обитание минимум трёх подводников остаётся слишком мало места (4.2 куб.м). К слову сказать, запас плавучести в 64% - единственное число в публикациях о подлодке Герна, от которого мне пришлось категорически отказаться.
Также не могу согласиться с тем, что носовая балластная цистерна везде именуется "основной", а центральная - "уравнительной". По всему судя, всё было ровно наоборот. Назначение носовой цистерны - по логике - именно в том, чтобы выравнивать лодку при заполнении шлюза водой во время водолазных работ.
Я предполагаю, что при заполнении носовой цистерны на 50% (и c осушенной центральной цистерной) лодка с экипажем, полностью заправленная топливом и прочими ресурсами, становилась на "ровный киль". Её водоизмещение составляет в подобном положении 22.4 тонны, запас плавучести - 12%. Это даёт нам основную ватерлинию (и, кстати, определяет расположение мощных рымов в кормовой и носовой части корпуса). Перевод же лодки в положение с нулевой плавучестью производился посредством заполнения центральной цистерны, как это и происходит в подводных лодках при использовании цистерн основного балласта.
В такой интерпретации система погружения/всплытия представляется и логичной, и рациональной.
Герн мог ограничиться одной дифферентной цистерной в носовом отсеке для того, чтобы упростить уравновешивание лодки в продольной оси. На таком небольшом подводном судне потребовалась бы строгая точность и синхронность осушения и заполнения дифферентных цистерн, будь они расположены в оконечностях корпуса.
Напомню, что вторая катастрофа подводной лодки "Ханли" произошла именно из-за того, что носовая дифферентная цистерна заполнилась прежде кормовой...
В данной же компоновке нарушение дифферента (по мере траты горючего, при использовании носового отсека в качестве водолазного шлюза, выходе/входе водолаза, постановке судна на подводный якорь и т.п.), компенсируется простым добавлением/откачиванием соответствующей части балласта одной лишь носовой цистерны. Учитывая малочисленность экипажа, простота горизонтального уравновешивания лодки была, конечно, немаловажным делом. Оценки показывают, что при объёме носовой цистерны в 0.8 куб.м, шлюзовую камеру в принципе можно было использовать вплоть до глубин в 15 метров. Это с запасом превышает рабочую глубину субмарины (3-5 метров).
Итак, при полном заполнении центральной цистерны субмарина обретала плавучесть, близкую к нулевой, погружаясь по середину поплавка-башенки (аналог того, что сейчас называют "позиционным положением" лодки). Дальнейшее изменение плавучести производилось подвижным поплавком-башенкой. Выдвигая поплавок посредством червячной передачи, оператор увеличивал плавучесть аппарата. Задвигая поплавок - соответственно, уменьшал плавучесть.
Этот способ хорошо зарекомендовал себя на малых подводных аппаратах того времени. Спустя годы, в 80-х, одна из модификаций подлодок Джевецкого, по отзывам комиссии испытаний, удерживала глубину с точностью до 20 см именно путём подобной же регулировки внутреннего объёма лодки.
В источниках указывают, что лодка оборудована ручными помпами для откачивания балласта. Полагаю, однако, что для быстрого осушения цистерн Герн мог предусмотреть также и продувку цистерн сжатым воздухом: ведь проект Александровского к описываемому времени уже осуществлён и, несомненно, был хорошо известен Герну.
Маневрирование по горизонтали и вертикали на ходу производилось посредством перекладки горизонтальных и вертикальных кормовых рулей. Симметричность корпуса определяет и симметричность расположения плоскостей управления (как это имеет место быть на торпедах и современных атомоходах). Отсутствие верхнего вертикального руля, на мой взгляд, создавало бы - при повороте под водой - паразитные крен и дифферент, которых легко избежать, просто добавив плавник, парный нижнему.
Такая компоновка вертикальных плоскостей, по-видимому, лежит и в русле эволюции технической мысли Герна. Судя по дошедшим до нас схемам, вертикальный руль, состоящий из двух плавников (с гребным валом, проходящим между ними) применялся конструктором на второй его подлодке (а возможно, и на первой). Поэтому я и изобразил руль поворота в виде пары подвижных плавников.
Подобные же соображения относятся и к предохранительному кольцу вокруг гребного винта. Его могло и не быть, но, по всему судя, этот элемент был весьма распространён на субмаринах того времени; он встречается на изображении подлодки Александровского, есть такое кольцо и на легендарной "Ханли". На рисунке первого проекта подлодки Герна (ещё с архимедовым винтом в качестве движителя) также можно увидеть подобное же кольцо. Вот я и дополнил модель этим элементом.
Прочие элементы, вынесенные наружу корпуса, являются стандартными для любого судна подобного типа (лёгкий леер, трапы, киповые планки, кнехты и проч.). Логично предусмотреть один съёмный люк над машинным отделением, расположенном в кормовом отсеке.
Конечно, мой вариант внешнего облика подлодки Герна вариативен, местами произволен. Если (и когда) обнаружатся подлинные чертежи (или хотя бы оригинальные эскизы) О.Б.Герна, относящиеся к этому проекту, будет любопытно сравнить реконструкцию с реальным прототипом.
Как известно, главную задачу этого изначально амбициозного проекта Герн решить не смог. Он так и "не научил" ходить свою субмарину под водой на паровом движке: продукты сгорания вырывались из топки всякий раз, когда выхлопные трубы оказывались ниже уровня воды. Впрочем, под водой на поршневых паровых машинах в 19 веке подводные лодки "не пошли" ни у кого (а в 20 веке паровые машины были окончательно вытеснены двигателями внутреннего сгорания).
Однако, надёжное диверсионное подводное судно на элементной базе современных ему технологий Герн всё-таки создал! Правда, для этого ему пришлось применить новый принцип - принцип раздельного хода (ставший впоследствии классическим). Его универсальная двухпоршневая машина работала под паром, переходя в подводном положении в режим пневматического двигателя.
В наиболее практичном варианте для перевода энергосистемы с пара на сжатый воздух на лодке Герна требовались считанные секунды, причём работа машины не прерывалась ни на мгновение. Достаточно было перекрыть топливный шланг, после чего форсунка в топке гасла. Поток воздуха, обеспечивающий тягу, выдувал остатки продуктов сгорания из топки через дымоход в выхлопные трубы. Возможно, некоторое время машина работала на остаточном давлении пара. Тем временем перекрывалась воздухозаборная труба, вентиляционная магистраль переключалась в режим регенерации воздуха, прокачивая посредством вентилятора воздух через поглотитель углекислого газа (специальную ёмкость с известью; кислород, по мере надобности, добавлялся из баллонов). Компрессор, посредством которого в режиме надводного хода можно было пополнять запасы сжатого воздуха, отключался от привода двигателя и отсекался от пневмомагистрали; специальный вентиль отключал дымоход топки от выхлопных труб.
Теперь достаточно переключить вход двигателя с паропровода на воздушную магистраль (идущую от резервуара сжатого воздуха) - и цикл перевода подлодки в режим подводного хода завершён!
Резервуар сжатого под 100 атм. воздуха ёмкостью около 1.7 куб.м обеспечивал ход примерно на одну морскую милю (около двух километров). Скрытно сблизившись с избранной целью, экипаж подлодки получал шанс поразить неприятельское судно.
Для этой цели О.Б.Герн в 1872 году сконструировал и изготовил самодвижущуюся мину (торпеду) - крупный "дальнобойный" семиметровый снаряд массой в 5 тонн, и диаметром в 1 метр.
Торпеда крепилась под корпусом судна (такую компоновку впоследствии повторили на мини-субмаринах времён второй мировой войны в Германии и других странах).
Вот что пишут историки об этой торпеде:
"Герн не ставил задачи получения большой скорости: его больше интересовала дальность хода, так как эта торпеда предназначалась для поражения стационарных целей у уреза воды.
Торпеда К.Б. Герна была изготовлена из листовой стали толщиной 5 мм и делилась на четыре отсека: отсек боевого зарядного отделения, отсек гидростата, отсек воздушного резервуара и отсек пневматического двигателя.
В первом отсеке находился заряд массой 100 кг с инерционным чувствительным взрывателем, срабатывающим при соприкосновении торпеды с целью.
Во втором отсеке был расположен механизм гидростата, управляющего носовыми и кормовыми горизонтальными рулями.
Торпеда Герна имела крестообразные стабилизаторы курса в виде гребней, простирающихся от носа до кормы, а в площади горизонтальных стабилизаторов были установлены горизонтальные рули.
Пневматический двигатель мощностью около 50 кВт имел два цилиндра и был рассчитан на рабочее давление 100 атм".
Специалисты считают 12 узлов, с которыми шла торпеда Герна, небольшой скоростью, а саму торпеду, поэтому - "тихоходной". Вспомним, однако, что первые торпеды ходили вообще на пяти-восьми узлах. Правда, они быстро совершенствовались, но в целом торпеду Герна в 70-х годах 19 века можно было как минимум считать крепким "середняком".
О скорости самой лодки, к сожалению, не известно ничего. Можно предположить, однако, что, учитывая её обтекаемость и мощность машины (6.8 лс) скорость вполне могла достигать 5 узлов (примерно 10 км в час). Историки пишут, что горючего в ней хватало на 6 часов работы. Если так, то любая цель в пределах круга радиусом 30 км (с центром в районе расположения плавбазы подводной лодки) могла стать объектом атаки.
Возможно, по замыслу конструктора, подводная лодка должна была бы приблизиться к цели в сумерках, лучше всего в вечернее время, дабы обеспечить ретираду уже практически в темноте.
Подойдя к противнику на расстояние порядка двух-трёх километров в крейсерском положении, судно могло затем перейти в подводное (или полуподводное, выставив из воды только наблюдательную башенку по иллюминаторы) положение, сблизиться с выбранной целью на дистанцию до километра и произвести пуск торпеды.
После того, как торпеда пошла на цель, субмарина могла развернуться и лечь на обратный курс.
Идущая на скорости 12 узлов торпеда достигает цели на дистанции в километр за две-три минуты. За это время лодка удалится с места атаки на триста метров и ещё около семисот сможет пройти в подводном положении. Затем можно было бы встать на подводный якорь и дождаться полной темноты, после чего всплыть и дойти до плавбазы.
Но скорее всего после взрыва неизбежная суматоха и паника могли бы позволить лодке благополучно уйти сперва подводным, а потом, после истощения запасов сжатого воздуха - надводным ходом и окончательно раствориться в сгущающейся темноте.
В целом проект оказался, по моему мнению, удачным. И не вина Герна в том, что потенциал его субмарины не оценили в полной мере.
По всей видимости, подлодка Герна стала своего рода вершиной возможного для подводных судов своего времени. Более того: в планах конструктора было создание раздельной энергосистемы в виде комплекса паровой машины и электродвигателя (который одновременно был бы и динамо-машиной), питающегося от аккумуляторов (они к тому времени были изобретены и активно совершенствовались). Аккумуляторы можно было бы подзаряжать в надводном положении на ходу (подобно тому, как это было уже реализовано с компрессором и резервуаром сжатого воздуха).
Конечно, установка электродвигателя и отказ от пневмохода потребовали бы существенного переоборудования лодки... Но цель оправдала бы подобные издержки. Если бы этот вариант осуществили, в России появился бы полный аналог дизель-электрической торпедной лодки отдаленного будущего. Применение электродвигателя ликвидировало бы пенистый след отработанного воздуха, который демаскировал лодку и затруднял скрытный подход к противнику, особенно в дневное время при малом волнении. Использование электроаккумуляторов могло увеличить также и дистанцию подводного хода. К сожалению, эта перспективная модернизация подлодки Герна осуществлена не была.
Подводя итог сюжету, хочется процитировать слова историка И.А.Быховского:
"Герн сконструировал и построил первое в мире подводное судно, представлявшее собой веретенообразное тело,
первым использовал поперечные сферические переборки, разделявшие корпус на водонепроницаемые отсеки,
первым в России установил на ПЛ в качестве движителя гребной винт,
впервые в практике подводного судостроения применил для движения ПЛ пневматическую энергетическую установку, способную работать по комбинированному циклу,
сконструировал гребной винт с поворотными лопастями,
впервые в практике отечественного подводного судостроения пытался осуществить комплексную регенерацию воздуха,
спроектировал и построил торпеду собственной конструкции.
Его ПЛ № 2 была первой, оборудованной магнитным компасом со специальным дефлектором.
Все вышесказанное дает основание причислить О.Б.Герна к плеяде выдающихся деятелей отечественного подводного судостроения XIX века, как К.А.Шильдер, И.Ф.Александровский, О.С.Костович и С.К.Джевецкий".
Присоединяюсь и разделяю.
* * *
В заключение мне приятно поблагодарить уважаемого mendeleev’а за плодотворные обсуждения реконструкции проекта Герна и за неизменно благожелательный интерес к этой моей работе. Вообще идея собрать воедино и опубликовать, хотя бы вкратце, те соображения, которыми мы обменивались во время нашего заочного общения, также ведь принадлежит ему: mendeleev убедил меня, что эти самые соображения могут быть интересны не только нам.
Ну и, конечно, отдельная ему благодарность за сценарий и музыку к ролику про эту лодку (который ролик мы с ним наконец-таки смастерили и выложили в youtub'е на моём тамошнем канале).
Я рад, что mendeleev делает модель этой субмарины и предвкушаю удовольствие полюбоваться ею, когда он её закончит.
Благодарю работников Центрального Морского Архива и его директора С.В.Чернявского за то, что они прислали мне портрет Оттомара Борисовича Герна, опубликованный, кстати, недавно в уникальной по полноте энциклопедии А.М.Пожарского "Подводное плавание в России 1834 - 1918 гг". Рекомендую это издание всем, интересующимся историей подводного судостроения.
Мне лестно, что ведущий авторитетного сайта "Штурм глубины" А.С.Николаев нашёл возможным опубликовать вариант реконструкции на своих страницах.
3D модель подводной лодки О.Б.Герна (в 3dsMax), которая "снималась" в упомянутом ролике, помещена (вместе с текстурами) здесь, так что желающие могут её скачать.
Если кто-то найдёт полезным использовать модель в своих работах, буду только рад.
Эта лодка стоит того, чтобы о ней помнили…
Александр Сокорнов (toft)
toft@pisem.net
Россия, Петербург, 2012г