A maior parte dos submarinos modernos está equipada com usinas diesel-elétricas. Tais dispositivos apresentam desvantagens características, razão pela qual é realizada uma busca por alternativas convenientes e lucrativas. Como mostra a prática, o nível moderno de tecnologia permite a criação de usinas eficientes para submarinos não nucleares, e estamos falando de sistemas de diferentes arquiteturas.
Problemas e soluções
A principal desvantagem dos submarinos diesel-elétricos é a necessidade de recarga regular das baterias por meio de um gerador a diesel. Para fazer isso, o submarino deve flutuar até a superfície ou mover-se na profundidade do periscópio - o que aumenta a probabilidade de detecção pelo inimigo. Ao mesmo tempo, a duração do mergulho com baterias geralmente não ultrapassa vários dias.
Uma alternativa óbvia ao diesel é uma usina nuclear, mas seu uso nem sempre é possível e justificado devido à complexidade e alto custo. Nesse sentido, há várias décadas se estuda a questão da criação de centrais elétricas independentes do ar (VNEU) com as características desejadas e sem as desvantagens dos sistemas diesel-elétricos. Uma série de novas tecnologias desse tipo foram colocadas em operação com sucesso e o comissionamento de outras é esperado em um futuro próximo.
Em geral, existem várias abordagens para a criação de VNEU. O primeiro envolve a reconstrução do gerador a diesel usando um motor diferente que exige menos do ar que entra. O segundo propõe a geração de energia elétrica utilizando o chamado. células de combustível. O terceiro é melhorar as baterias, incl. até a rejeição de sua própria geração.
Alternativa de Stirling
O primeiro submarino não nuclear com VNEU completo, colocado em serviço em 1996 foi o navio sueco Gotland. Este submarino tinha um comprimento de 60 me um deslocamento de 1600 toneladas, e também carregava 6 tubos de torpedo de dois calibres. Sua usina foi construída com base em um padrão diesel-elétrico e complementada com novos componentes.
O funcionamento em superfície e a geração de energia são fornecidos por dois motores diesel MTU 16V-396 e um par de geradores Hedemora V12A / 15-Ub. A hélice em todos os modos é acionada por um motor elétrico. Em uma posição submersa, o submarino, em vez de diesel, liga um motor Stirling do tipo Kockums v4-275R, usando combustível líquido e oxigênio liquefeito. A reserva deste último permite que você fique debaixo d'água por até 30 dias sem a necessidade de subir. Além disso, o motor Stirling é menos barulhento e também não desmascara o submarino.
Três novos submarinos foram construídos de acordo com o projeto Gotland; o segundo e o terceiro edifícios foram comissionados em 1997. No início dos anos 2000, um projeto com o código de Södermanland foi implementado. Previa a modernização de dois submarinos diesel-elétricos do tipo Västergötland com a instalação do VNEU do projeto Gotland. O Japão se interessou pelos desenvolvimentos suecos. Sob licença, ela montou VNEU para submarinos do tipo "Soryu". Devido às suas grandes dimensões e deslocamento, os submarinos japoneses carregam quatro motores v4-275R de uma vez.
Turbinas submarinas
Durante o desenvolvimento do projeto Scorpène, os construtores navais franceses propuseram sua própria versão do VNEU com base em um motor alternativo. Tal instalação, chamada de Módulo d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), foi oferecida a clientes potenciais para uso em submarinos recém-construídos.
O projeto MESMA propôs um motor especial de turbina a vapor movido a etanol e ar comprimido. A combustão da mistura de álcool-ar deveria produzir vapor para a turbina que aciona o gerador. Os produtos da combustão na forma de dióxido de carbono e vapor de água sob alta pressão foram propostos para serem descarregados ao mar em toda a faixa de profundidades operacionais. Pelos cálculos, o submarino Scorpène com VNEU MESMA poderia permanecer submerso por até 21 dias.
A planta MESMA foi oferecida a vários clientes. Por exemplo, foi planejado para ser usado no projeto Scorpène-Kalvari para a Índia. No entanto, a planta piloto apresentou desempenho insuficiente e o interesse pelo projeto foi drasticamente reduzido. Como resultado, os novos submarinos diesel-elétricos franceses ainda estão equipados com motores a diesel - embora os desenvolvedores já tenham anunciado uma nova modernização com a introdução de outras soluções promissoras.
Em 2019, os construtores navais russos anunciaram o desenvolvimento de um VNEU fundamentalmente novo baseado em um motor de turbina a gás de ciclo fechado. Inclui tanques para oxigênio liquefeito: ele evapora e é fornecido ao motor. Propõe-se que os gases de exaustão sejam congelados e descartados somente quando chegam à superfície em uma área segura. Um VNEU semelhante está sendo desenvolvido no âmbito do projeto P-750B.
Célula de combustível
No final dos anos noventa, a Alemanha havia criado sua própria versão do VNEU. Em 1998, foi iniciada a construção do submarino líder do novo projeto Tipo 212, equipado com sistema semelhante. O projeto alemão envolveu o uso do sistema Siemens SINAVY, que combina um motor elétrico e células a combustível de hidrogênio. Para movimentação na superfície, o gerador a diesel foi mantido.
O complexo SINAVY inclui células de combustível de troca de prótons Siemens PEM baseadas em hidreto de metal de um tanque de oxigênio liquefeito. Para maior segurança, os recipientes de hidreto metálico e oxigênio estão localizados no espaço entre as caixas robustas e leves. Durante a operação do VNEU, o hidrogênio obtido do hidreto metálico, junto com o oxigênio, é alimentado para membranas e eletrodos especiais, onde é gerada corrente.
A autonomia do submarino "212" chega a 30 dias. Uma vantagem importante do VNEU SINAVY é a quase completa ausência de ruído durante a operação com desempenho suficientemente alto. Ao mesmo tempo, é difícil de fabricar e operar e também tem outras desvantagens.
Seis submarinos 212 foram construídos para a Marinha alemã. Em 2006-2017. quatro desses navios entraram em serviço na frota espanhola. Com base no "212", foi criado o projeto "214", que prevê a preservação do VNEU existente. Esses submarinos são muito populares no mercado internacional. Pedidos recebidos de quatro países para mais de 20 barcos. 15 navios já foram construídos e entregues aos clientes.
Deve-se notar que o VNEU baseado em células de combustível não está sendo desenvolvido apenas na Alemanha. Paralelamente ao projeto MESMA na França, foi desenvolvida uma variante do submarino Scorpène com o uso de células a combustível. Foram esses submarinos que foram vendidos para a Índia. Agora, elementos de uma nova geração estão sendo criados. Anteriormente, foi relatado que suas células de combustível estão sendo desenvolvidas na Rússia. O VNEU deste tipo já passou em testes de bancada e, no futuro, será testado em um navio experimental.
Submarino movido a bateria
O surgimento de motores e meios de geração fundamentalmente novos não exclui a necessidade de um maior desenvolvimento das tecnologias e unidades existentes. Assim, as baterias de armazenamento de tipos já conhecidos e controlados retêm um valor alto. Em projetos promissores, eles são considerados até mesmo como a única fonte de energia para todos os sistemas.
Processos curiosos são observados na construção naval japonesa. O Japão foi um dos primeiros países a dominar o VNEU com um motor Stirling, mas em 2015 e 2017. dois submarinos do projeto Soryu modificado foram colocados sem tais sistemas. Espaço para baterias padrão e unidades VNEU foi dado para baterias de íon de lítio modernas. Devido a isso, a duração do mergulho foi dobrada em comparação com as baterias da geração anterior.
Desde 2018está em andamento a construção dos submarinos do novo projeto Taigei, originalmente desenvolvido com uma instalação diesel-elétrica e baterias de íon-lítio. O navio-guia do novo projeto já foi lançado e mais dois cascos estão em construção desde o ano passado. No total, está prevista a construção de sete submarinos com aceitação em serviço a partir de 2022.
Existem muitos projetos de submarinos ultrapequenos, equipados apenas com baterias. No futuro, essa arquitetura pode encontrar aplicação em projetos "grandes". Recentemente, os construtores navais franceses apresentaram o projeto-conceito SMX31E, que combina muitas das decisões mais ousadas. Em particular, o submarino recebeu apenas baterias com sua colocação em todos os volumes disponíveis, incl. entre corpos duráveis e leves. As baterias devem ser carregadas na base antes de ir para o mar.
Estima-se que, quando totalmente carregado, o SMX31E será capaz de permanecer submerso por 30-60 dias, dependendo da velocidade de direção e do consumo total de energia. Ao mesmo tempo, é planejado para garantir a operabilidade total de todos os dispositivos padrão e adicionais, complexos, etc.
Em processo de evolução
Assim, nas últimas décadas, houve um progresso significativo no campo de VNEU para submarinos não nucleares. Várias variantes de tais sistemas com certas características e vantagens foram desenvolvidas, testadas, introduzidas em projetos e colocadas em serviço. No entanto, mesmo as instalações independentes de ar mais recentes apresentam certas desvantagens. Eles permanecem complexos e caros, tanto para fabricar quanto para operar.
Apesar das vantagens nas características táticas e técnicas, os não submarinos com VNEU ainda não podem suplantar os submarinos diesel-elétricos de arquitetura "tradicional". Além disso, estes últimos estão desenvolvendo e também utilizando as mais modernas tecnologias e componentes. Um exemplo marcante dessa competição entre diferentes classes é o desenvolvimento da frota de submarinos japoneses, que voltou ao esquema diesel-elétrico em um novo nível técnico.
Aparentemente, a competição entre instalações independentes de ar e diesel-elétricas continuará no futuro previsível - e ainda não há um favorito claro. Ao mesmo tempo, é óbvio que as marinhas do mundo são as vencedoras. Eles têm a oportunidade de escolher a melhor opção de usina que melhor atenda a todos os requisitos.
