В прошлом посту был выложен фантастический рассказ, в котором было описано, как в России начала 20-го века был изобретен односторонний линкор. И как это повлияло на дальнейшие события мировой истории.
Проект одностороннего линкора вызвал неожиданно-серьезную критику. Как буд то действительно обсуждается решение о постройке такого корабля. Во всяком случае, в комментариях я насчитал 16 технических замечаний и предложений коллег. Общий смысл замечаний, увы, обоснованный – то, что проект слабо проработан.
Попытаемся доработать проект с учетом сделанных замечаний. Некоторые замечания очень толковые, а некоторые кажутся спорными, но постараемся учесть их все. Даже самые чудные.
Содержание:
Часть первая. Гидродинамика.
Кому лень разбирать формулы, можно сразу переходить к результатам в таблице.
Тягу гребного винта будем расчитывать по формуле
Fв = ρSвvв(vв-vк), (произведение массового расхода на приращение скорости) [1]
где
ρ – плотность воды
Sв – площадь, ометаемая лопастями
vв – скорость струи относительно винта
vк – скорость корабля относительно водоема.
Мощность, подводимую к винту, будем расчитывать по формуле
P = ρSвvв(vв²-vк²)/2η (произведение массового расхода на приращение кинетической энергии) [2]
Где η – КПД винта. У хорошего винта η = 80%
Сопротивление движению корабля (буксирное сопротивление) будем расчитывать по формуле.
Fк = ρSкvк²*1/2*Сх, (произведение давления остановленного потока на коэффициент) [3]
где
ρ – плотность воды
Sк – площадь сечения по миделю
vк — скорость корабля относительно водоема.
Сх – коэффициент лобового сопротивления. У обтекаемого корпуса Сх = 0,1
Примем для “Потемкина” мощность машин Р=10600 лс, площадь поперечного сечения Sк = 176 квм, а площадь винтов Sв = 12х2 квм, в варианте с передними винтами 12х4 квм. Результаты расчетов приведены в таблице.
По результата расчетов мы видим, что 4-х винтовая схема обеспечивает бОльшую тягу на швартовах. Из-за большего упора. Но – это параметр для линкора не так важен, в отличие от буксира или ледокола. Кроме того, при работе на швартовах винт окажется перетяжелен, и обороты упадут раза в полтора. Поэтому упадет и мощность. Либо надо будет ставить буксирный винт с уменьшенным шагом. Этого, конечно, никто делать не станет.
Но тем не менее, тяга у 4-х винтовой схемы выше.
Далее мы видим, что при наборе скорости у корабля появляется и растет лобовое сопротивление. А сила тяги, наоборот, уменьшается.
Когда эти силы уравниваются, достигается максимальная скорость.
По расчетам тяга 4-х винтовой схемы на максимальной скорости выше на 3 тонны, а максимальная скорость выше на 0,3 узла. Незначительно.
Рассмотрим также эффект влияния корпуса на работу толкающего и тянущего винтов.
Лучше всего было бы поставить эксперимент в опытовом бассейне, но за неимением такового, будем решать задачу численно, методом конечных элементов.
Для экономии вычислительной мощности, ограничимся рассмотрением одной четверти подводной части корабля. Результаты расчетов приведены на картинке.
В верхней части картинки винт толкающий, струя уходит влево. Винт забирает воду справа, и на поверхности корпуса видны зоны разряжения (синие и голубые пятна на зеленом фоне). Здесь мы видим вредный эффект “подсасывания”.
На нижней части картинки винт тянущий, струя уходит вправо и ожидаемо бьет в корпус по касательной. Образуется зона повышенного давления (розовое пятно). Но со стороны забора воды, в сторону форштевня, образуется зона разряжения (зеленая).
Суммарный эффект зависит от многих факторов, и может быть как положительным, так и отрицательным.
Вывод – с точки зрения гидродинамики 2-х и 4-х винтовые схемы примерно равнозначны. Если у кого-то и есть преимущество,. то оно очень незначительно.
Часть вторая. Проблемы компоновки (по замечаниям коллег)
А вот с компоновкой у 4-х винтовой схемы обнаруживаются серьезные проблемы. Потому что приходится втискивать в корпус машины и котельные отделения вперемешку со снарядными погребами. В результате “машины просто негде расположить”. Это самая сложная проблема. Но прежде, чем пытаться решить ее, надо рассмотреть и другие проблемы. Может быть, придется менять всю компоновку.
4-х винтовая схема более сложна. Ну, тут не поспоришь. Хотя, у того же “Дредноута” уже четыре винта. Но там это усложнение оправданно резким увеличением мощности ГЭУ.
Валы передних винтов дадут дополнительное сопротивление. Опять не поспоришь.
Несимметричную нагрузку от брони и орудий не получится компенсировать обычными решениями. Ну, допустим. Нужны необычные решения.
Недостаточные углы возвышения и скорострельность казематных орудий. Для линкора это неприемлемо. Надо думать.
Схема бронирования с толстым коротким поясом и открытыми оконечностями никуда не годится. Учтем.
Двойное количество орудий – не панацея, если не защищена система управления огнем. Это важно, надо будет предусмотреть.
Размещение части орудий ГК в башнях снижает эффект “односторонности” и дискредитирует всю идею. А ведь верно, половинчатое решение получается. Надо быть последовательным. То же самое – возможность продольного огня из казематов в ущерб бортовому залпу.
Противоминный 152 мм калибр – это странно и неоптимально. Недосмотр автора.
Нет таранов! На дворе 1900 год.
На одностороннем линкоре сохранена продольная симметрия подводной части. Какая нелепость!
Нужно предусмотреть возможность одновременного использования двух односторонних линкоров, сошвартованных лагом тыловыми бортами друг к другу.
Броненосец надо выполнить в формате проа.
Желательно, с возможностью движения в трех плоскостях.
Ужас! После таких замечаний проект пора закрывать. Или не пора? Я думаю, что все нормально. По моему опыту все проекты приходится переделывать в среднем 2,73 раза.
Сохраняем идею “односторонности”, а все остальное переделываем.
Часть третья. Смена компоновки.
С учетом всех пожеланий коллег, проект одностороннего линкора придется радикально переработать. Вырисовывается вот такая схема:
Колесный катамаран. Точнее – проа.
Размеры.
Длина/ширина корпусов – 120/12 и 110/ 13, осадка в полном грузу – 6 м.
Сразу объясним, зачем боевой корпус длиннее на 10 м. Потому что во-первых, на нем установлены тараны, а они должны выступать за габарит тылового корпуса. Во вторых, боевой корпус должен заслонять тыловой корпус от вражеских снарядов, для чего сделан небольшой напуск по длине.
Объем подводной части обоих корпусов (полное водоизмещение) — 15000 кубм.
Общая ширина корабля по корпусам — 33 м. Как у американского «Нью-Джерси», хе.
Ширина/диаметр гребных колес — 8/12 м.
Вооружение
ГК- 10х10″ пушек образца 1891 г. Две — во вращающихся башнях и восемь — в каземате боевого корпуса. Сектора обстрела 270° и 120° соответственно. Углы возвышения всех орудий ГК — до 35°. Скорострельность — 1,5 выстрела в минуту.
Противоминная артиллерия — 8 120/45 скорострельных орудий Канэ. Возвышение до 15° и скорострельность 15 выстрелов в минуту.
Возможна установка некоторого количества малокалиберных пушек и пулеметов.
Обоюдоострые тараны на боевом корпусе.
Бронирование (примерная схема).
Пояс по КВЛ, казематы и башни ГК , боевая рубка- 200 мм
Наружный борт боевого корпуса -100 мм
Крыша казематов, палубы, траверсы, наружный борт тылового корпуса — 50 мм.
Итого примерно 3000 т брони, или 20% от водоизмещения, что для броненосцев начала 20-го века было типично.
Дополнительная защита — угольные каффердамы вдоль наружных бортов обоих корпусов.
Силовая установка.
В центральной части тылового корпуса 4 отсека занимают 8х10 МВт котлов Бельвиля и 4 пароперегревателя с отдельными топками. По 3 агрегата на отсек.
Спереди и сзади от котельного отделения расположены две вертикальные паровые машины мощностью по 8000 лс. Штоки качающихся цилиндров передают усилие прямо на вал гребного колеса, что очень удобно по компоновке (см. рис.)
Предполагаемая максимальная скорость — до 20-ти узлов. (Согласно формулам [1], [2], [3]) Соответствующее значение АК — 300.
Рядом с машинами установлены конденсаторы, а в концевых отсеках — вспомогательное оборудование. Электрогенераторы, привода брашпилей и рулевых машин. А также подруливающие устройства (см. рис.)
Подруливающее устройство представляет собой гребное колесо диаметром 4 м, заключенное в герметичный кожух. Приводится вертикальной паровой машиной мощностью 1000 лс, что проблемы не составит, так как пар берется из котельного отделения, а сама машина много места не занимает.
Каждое подруливающее устройство создает тягу до 10 т, что позволяет двигать корабль в поперечном направлении со скоростью 1,5…2 узла. Либо довольно быстро разворачиваться, когда подруливающие устройства работают враздрай.
Кроме того, в оконечностях обоих корпусов установлены балластные цистерны. Они необходимы для компенсации массы сожженного угля и израсходованных снарядов. Это необходимо для того, чтобы главный броневой пояс не выходил из воды, и чтобы заглубление гребных колес оставалось постоянным.
Итак, в соответствиями с высказанными пожеланиями, мы составили проект одностороннего линкора в формате проа с возможностью передвижения «по всем трем плоскостям».
Часть четвертая. Плюсы и минусы предлагаемой схемы.
Начнем с минусов.
Многокорпусник. Лишний вес и лишняя смоченная поверхность.
Лишние напряжения в конструкциях. Но насколько все плохо? Кессон, соединяющий корпуса, имеет размеры 40х6х8 м. Именно на него приходятся максимальные нагрузки при диагональном вывешивании корпусов. Расчеты показывают, что при подкреплении торцов кессона ферменными конструкциями, максимальные напряжения будут почти равны пределу текучести стали. Однако, никто же не станет вывешивать линкор. Ведь для этого его надо вытащить на кильблоки, а из под одной половины корпуса убрать опоры.
На плаву этого не будет. Вспомним, что ЭМ «Новик» рассчитывался на волну длиной 100 м и высотой 5 м. Попробуем погрузить наш линкор в такую волну, и мы обнаружим, что корпуса встречают волну достаточно синхронно на любых углах. Так что реальные напряжения будут невелики. И потом — район плавания, Черное море, проливы. Там вообще сильного волнения не бывает.
Дополнительная смоченная поверхность — это неизбежно. Но, так как можно более приблизить форму сечения к половине окружности (а на однокорпуснике этого сделать нельзя), то площадь возрастает ненамного. Сопротивление трения увеличится не намного. Но, так как обводы подводной части корпусов будут ближе к телу вращения, чем у однокорпусника, то сопротивление формы уменьшится. В сумме обтекаемость может и выиграть.
Гребное колесо — это отдельный список недостатков.
Разберем их.
Чувствительность к качке при бортовом расположении колес. В нашей схеме колеса стоят в ДП и качки не боятся.
Уязвимость от артиллерийского огня. В нашем случае колеса прячутся за боевым корпусом линкора.
Громоздкость. Это да, громоздкие. Но и технологичные по сравнению с винтом — ведь колесо это просто сварная или клепанная стальная рама с деревянными лопастями.
Низкий КПД. Открываем «Судовые движители» изд. Водный транспорт», 1938 г., смотрим —
и видим, что КПД колеса сильно зависит от скольжения. У нас оно низкое, порядка 10%, так что КПД будет не хуже, чем у винта. Еще учтем, что корпуса работают как гидродинамические шайбы, что сокращает вредные перетечки.
Низкая скорость вращения колеса. Это, кстати, одна из главных причин, почему от колеса отказались при распространении на речных судах дизельных двигателей. У нас на максимальном ходу скорость вращения порядка 22 об/мин. Для паровой машины нормально.
Односторонний линкор не сможет оперативно развернуть артиллерию (и броню) на другой борт. Тягу колес главных и подруливающих мы знаем, дальше смотрим, считаем:
Конечно, время разворота линкора больше, чем просто развернуть башню ГК (примерно 180° за минуту), но все-же таки не десятки минут. И в ходе маневра линкор резко сбрасывает и набирает скорость, поэтому он не будет легкой целью для вражеских комендоров. Проблема не фатальная.
Плюсы. Многокорпусник.
Очень удобная и простая компоновка. В боевом корпусе все пушки ГК и боезапас, в тыловом корпусе — все механизмы.
Высокая живучесть — корабль не перевернется, пока один из корпусов полностью не уйдет под воду. Эшелонированное размещение котлов и машин.
Расположение артиллерийских наблюдателей в бронированных кабинах на мачтах. Соответственно, СУО гораздо менее уязвима к вражеским снарядам.
Ну, и конечно, мощнейший бортовой залп. До 15 254-мм снарядов в минуту. Реальный «Потемкин» выпускал 3 (три) 305-мм снаряда в минуту. Еще важнее — возможность корректировать огонь на больших дистанциях до 100 кабельтовых.
Часть пятая. Зачем вообще понадобилось строить односторонние линкоры?
Ну, к примеру… Опираясь на подсказки коллег, и учитывая, что эти линкоры строили на Черном море. Тогда их задачи – Поддержка десантных операций в зоне проливов, защита Севастополя, бой с немногочисленным турецким флотом. В таком случае может быть оправдана “односторонняя” компоновка.
Предположим далее, что в этой альтернативной реальности проблема черноморских проливов частично решена. Западный берег принадлежит России, а на восточном берегу – воинственные турки. В мирное время обе страны пользуются проливами равноправно, но в случае войны проливы окажутся закрыты для обеих стран, что нанесет ущерб России значительно больший, чем Турции. В этой ситуации России необходимо средство сдерживания. Небольшой отряд односторонних линкоров как раз и будет таким средством поддержания мира. Одним из. Если в составе ЧФ будут линкоры, специально (!) спроектированные для обстрела восточного берега Проливов, то турки десять раз подумают перед тем, как устраивать провокации.
Но тогда изменятся и требования к ТТХ артиллерии. Так как основной задачей является обстрел побережья (турецкие береговые укрепления), то калибр ГК можно уменьшить до 10», при этом увеличить скорострельность, боекомплект и дальность стрельбы. Основной снаряд – фугасный.
Скорость тоже важна. Чтобы не случилось казуса, как с “Поповками”. Когда они не смогли догнать противника. Да и при обстреле восточной стороны проливов хорошая скорость позволит более оперативно перебрасывать линкоры на нужный участок.
А дальше случилось так, что эти корабли понадобилось перебросить на Дальний Восток.
И им пришлось участвовать в эскадренном сражении вместе с броненосцами классического типа. Это была вынужденная мера, когда пришлось ставить в эскадренную линию не нормальные броненосцы, а фактически быстроходные плавбатареи.
Русская эскадра получила в бортовом залпе дополнительно 30 скорострельных и дальнобойных 10» орудий. Может такой подгон изменить ход сражения? Не исключено.
Однако, надо отметить, что здесь описывается не способ переиграть войну, а гипотетическая ситуация, при которой стала возможна постройка односторонних линкоров. И дальнейшее их участие в войне.
Ну и закономерный вопрос – на какие деньги строились односторонние линкоры?
Поскольку у нас АИ, то предположим гипотетическую ситуацию, где развилка наступает в конце 17-го века. Будущий Петр первый погибает в молодом возрасте и не становится царем. При Петре, как известно, чиновники много воровали. А теперь другой царь (или царица), неважно кто, главное – непьющий. При трезвом правителе уже так не поворуешь. Вот и деньги! Плюс не затащили в Россию дрянь эту – курение. А ведь табачок из-за границы за валюту везли. Теперь не везут. В результате страна будет богаче и здоровее. Да за те деньги, что скурили, можно не один флот построить. Хватит еще и на нормальные снаряды. Может быть, даже с тротиловым снаряжением.
Плюс у этой АИ следующие бонусы – не будет Пьянейших вечеринок у царя, не будет Епифанских шлюзов, Петербурга на болоте, Революции, Зимней войны, Блокады.
Будут односторонние линкоры и шаткий мир с Турцией.
изображение_2021-01-20_200835.png
Часть шестая. Новая профессия односторонних линкоров.
С появлением турбин и прочих прогрессивных решений, все линкоры постройки начала века неминуемо устареют. Придется подыскивать им другое применение.
То же самое верно и для односторонних линкоров. Их еще можно использовать для патрулирования ЦМАП и Проливов, но для морского боя со скоростью 20 узлов они уже не годятся.
Надо перестроить их в авианосцы. Орудия ГК и половину противоминного калибра снимаем — это все пригодится для прибрежных мониторов. Или для ж/д транспортеров. Толстую броню пояса и каземата меняем на более тонкую 50 мм. Настилаем деревянную летную палубу на стальном каркасе. Под палубой устраиваем ангар.
Трубы, надстройки и мачты передвигаются к тыловому борту.
Получается авианосец с летной палубой размером 120х33 мм и авиагруппой до 20 самолетов.
Но, так как мы сняли броню и ГК, то боевой корпус оказывается недогружен почти на 2000 тон. В то же время надстройка сдвинута в сторону тылового корпуса и там получается перегрузка. Разница в осадке корпусов будет составлять примерно 2 м. Полумерами тут не обойтись.
Поэтому при перестройке линкоров в авианосцы придется переставить машины на другой борт. А также паровые конденсаторы, питающие насосы, электрогенераторы. Получится, что в одном корпусе — котельное отделение, а в другом корпусе — машинное отделение. Тогда распределение груза будет более равномерным.
Но, скорее всего, так делать никто не будет – слишком дорого. Есть более дешевый способ уравновешивания боевого корпуса. Надо устроить дополнительные угольные ямы на 2000 тон угля и балластные цистерны на ту же массу воды. По мере сжигания угля надо принимать забортную воду. Тогда корабль будет всегда в одной осадке.
А учитывая, что при движении экономичным ходом в 10 узлов расход угля составляет 2 тонны в час, дальность плавания в результате такой модернизации увеличится до 15000 миль. Это расстояние от Одессы до Порт-Артура.
Можно сделать еще лучше. В ходе перестройки перевести часть котлов на нефтяное отопление. И загружать в облегченный боевой корпус не уголь, а нефть.
Расположение самолетов на палубе и в ангаре показано на картинке.
Самолеты — одноместный вариант У-2 с более широким крылом. Предполагается, что в этой реальности развитие самолетостроения началось чуть раньше.
Назначение самолетов — универсальное: разведка, бой с гидропланами и аэростатами противника, бомбардировка кораблей и береговых объектов. Максимальный калибр подвешиваемой бомбы — 500 фунтов.
Самолеты подаются на палубу кранами. Подъемник был бы лучше, но его пока не изобрели.
Вспомогательное вооружение — 4 скорострельных 120 мм пушки и тараны.
Зенитная артиллерия отсутствует. Пока отсутствует.
Часть седьмая. Пёрл Харбр наоборот.
Как оказалось, в Коммунистической Республике Япония (КРЯ) идеи мировой революции очень удачно легли на старые дрожжи (старые самурайские традиции).
В Русском Генеральном Штабе понимали, что японские милитаристы не откажутся от планов захвата и советизации Сибири и Дальнего Востока. Поэтому там подготовили и с высочайшего соизволения провели операцию по принуждению красных самураев к миру.
Русско-японская война – продолжение началась года внезапным первентивным ударом.
Рано утром 334 (пардон, 34, тридцать четыре) русских самолета, взлетевшие с авианосцев, нанесли бомбовый удар по воздухоплавательной базе в г. Хиросима. Все дирижабли военно-морского флота КРЯ были уничтожены. Японский флот остался без воздушной разведки. В то время, как русские военлеты, базирующиеся на авианосцах, зорко следили за всеми перемещениями противника.
Японцы предпринимали титанические усилия по прорыву морской блокады. Эта эпопея достойна отдельного поста, а здесь расскажем вкратце. Большое количество гражданских пароходов было переоборудовано во вспомогательные крейсера. Самые крупные пароходы переоборудовались во вспомогательные броненосцы. На них ставили бетонную броню, а трюма загружались пустыми бочками для непотопляемости. Вооружались вспомогательные броненосцы 305-мм динамореактивными пушками. Из джонок делали суррогатные минные катера с торпедами Уайтхэда. Дошло до того, что они выкопали и ввели в строй “Микасу”, превращенного после взрыва в музей. Но все это им не помогло. Капитуляция была подписана при посредничестве ВМФ США на борту одностороннего линкора “Миссури”.
Часть восьмая. Идеи для новых альтернатив.
Итак, проект одностороннего линкора «Потемкин» теперь более проработан. Во многом благодаря замечаниям коллег. Возможно, и даже вероятно, и у нового проекта имеются слабые места, которые остались незамеченными. Может быть, потребуется дальнейшая доработка. А может быть, и не потребуется, если данный уровень будет сочтен условно-приемлемым для поставленной задачи.
В тексте упоминается односторонний линкор “Миссури”. Практичные американцы взяли на вооружение идею односторонности, и начали строить односторонние линкоры с толкающими/тянущими винтами. Благо, турбоэлектрическая передача позволяла расположить гребные двигатели в «носу». То есть, в той оконечности, где были сгруппированы все 4х2х356 пушек, поставленных в два ряда по высоте (Две башни поперек корпуса на нижнем уровне, и следующие две башни поперек корпуса с возвышением). Так что прямо по курсу в секторе ±60° могли вести огонь все орудия. При движении «кормой» вперед, эта группа артиллерии превращалась в ретирадную. А на корме, ставшей носом, прекрасно размещалась палубная катапульта для гидросамолетов.
Вот видите, если подойти с умом, то принцип односторонности можно использовать с большой пользой.
Но возникает другой вопрос – почему нигде нет описания вспомогательного (мобилизационного) линкора? Неужели никто не занимался этим вопросом?
