Stop tytanu z metalu oceanicznego, odpowiedni do przewagi okrętów podwodnych

Tytan i stopy tytanu to nowe materiały opracowane w latach pięćdziesiątych XX wieku. Wraz z rozwojem sprzętu morskiego wymagania stawiane sprzętowi morskiemu są coraz wyższe, a tradycyjne metale, takie jak stal, żelazo, aluminium, magnez i ich stopy, nie są już w stanie sprostać wymaganiom wielu dziedzin. Ze względu na swoje doskonałe właściwości stopy tytanu cieszą się coraz większym zainteresowaniem statków i sprzętu inżynierii morskiej i nazywane są „metalami morskimi”. Jako rdzeń „sprzętu morskiego” okręty podwodne stanowią filar strategicznych sił nuklearnych i odgrywają kluczową rolę. Czy zastosowanie stopów tytanu do budowy łodzi podwodnych może przynieść nowy przełom w osiągach? Dzisiaj przeanalizujemy zalety stopów tytanu na łodziach podwodnych.

Pierwsza zaleta - wysoka wytrzymałość właściwa

Wytrzymałość właściwa odnosi się do stosunku wytrzymałości materiału do gęstości. Im większa jest wytrzymałość właściwa, tym mniejszy ciężar konstrukcyjny można uzyskać przy tej samej konstrukcji wytrzymałościowej i odwrotnie, tym wyższą wytrzymałość można uzyskać przy tej samej jakości konstrukcji. Wysoka wytrzymałość właściwa może sprawić, że konstrukcja sprzętu będzie bardziej zwarta, znacznie zmniejszy masę konstrukcyjną i poprawi bezpieczeństwo sprzętu.

Wpływ wysokiej wytrzymałości właściwej na powłokę ciśnieniową

Kiedy konstrukcja łodzi podwodnej jest zsynchronizowana, ostateczna głębokość zanurzenia łodzi podwodnej jest proporcjonalna do iloczynu granicy plastyczności materiału skorupy i grubości skorupy. Zwiększanie głębokości nurkowania poprzez pogrubienie kadłuba ciśnieniowego zmniejsza ładowność łodzi podwodnej. Jeśli ładowność zostanie utrzymana, rozmiar łodzi podwodnej wzrośnie do punktu, w którym będzie praktycznie bezużyteczny, zmniejszając w ten sposób ogólne osiągi łodzi podwodnej. Dlatego należy rozważyć zastosowanie materiałów o wyższej wytrzymałości właściwej.

Z danych eksploatacyjnych kilku materiałów na powłoki głębinowe podanych w powyższej tabeli wynika, że ​​chociaż granica plastyczności stopu tytanu nie jest tak dobra jak stali o wysokiej wytrzymałości, ma on wyższą wytrzymałość właściwą ze względu na wyższą konkretna siła. Niższa gęstość. Jest to jeden z kilku dostępnych obecnie materiałów na kadłuby łodzi podwodnych. Stop tytanu ma najlepszą wydajność wśród materiałów, dlatego stop tytanu jest bardzo korzystny jako odporny na ciśnienie materiał powłoki dla łodzi podwodnych i głębokich łodzi podwodnych. W rzeczywistości dwie rosyjskie łodzie podwodne ze stopu tytanu mogą nurkować na głębokość od 800 do 1,000 metrów; a odporne na ciśnienie skorupy większości głębokich łodzi podwodnych na świecie są wykonane ze stopu tytanu.

Wpływ wysokiej wytrzymałości właściwej na śmigło

Aby zapewnić cichą pracę, nowoczesne łodzie podwodne często wykorzystują śmigła o dużej średnicy, wolnoobrotowe, siedmiłopatowe i o dużym nachyleniu. Ten rodzaj śmigła ma większą konstrukcję i większą objętość. Wał napędowy (wał rufowy) samego okrętu podwodnego ma postać belki wspornikowej. Gdy ciężar wolnego końca jest duży, wał napędowy zostanie wygięty, a łożysko rufowe zostanie obciążone. Ponadto, gdy ciężar wału napędowego jest duży, ugięcie układu wałów również ulegnie pogorszeniu. Stosowanie materiałów o wysokiej wytrzymałości właściwej do produkcji wałów napędowych i śmigieł może zmniejszyć nierównomierne obciążenie łożyska spowodowane deformacją łożyska i wynikającymi z niego wibracjami układu wałów.

Drugą zaletą jest doskonała odporność na korozję

Tytan ma wyższą odporność na korozję niż inne powszechnie stosowane materiały metaliczne w środowiskach neutralnych i utleniających, a także w wielu trudnych środowiskach. Jest szczególnie odporny na jony chlorkowe w wodzie morskiej. Na powierzchni tytanu może utworzyć się niezwykle cienka i mocna warstwa tlenku, która pasywuje tytan i chroni go przed korozją spowodowaną wodą morską. Folia pasywacyjna tytanu ma dobre właściwości samoleczenia. W przypadku uszkodzenia lub zarysowania może szybko i automatycznie naprawić się, tworząc nową warstwę ochronną. To właśnie ta warstwa tlenku chroni tytan przed korozją w wodzie morskiej. Przy braku zmian chemicznych i zanieczyszczeń tytan jest całkowicie odporny na korozję powodowaną przez naturalną wodę morską.

Doskonała odporność na korozję rur i zaworów

Woda morska jest bardzo korozyjna dla kadłubów statków, ale wraz z rozwojem technologii antykorozyjnej bezpieczeństwo kadłuba statku w całym okresie jego użytkowania można zapewnić poprzez zastosowanie stali odpornej na korozję, farby antykorozyjnej i elektrochemicznej antykorozyjnej. i inne środki. Jednakże system rurociągów okrętów podwodnych jest bardzo złożony, nie ma odpowiedniej technologii, a natężenie przepływu w rurociągu jest wysokie, co pogłębia korozję. Zgodnie z odpowiednimi badaniami, zawory z brązu cynowego i rury ze stopu miedzi i niklu 70/30 były używane przez 15 miesięcy przy prędkości wody 4,5 m/s, a oba zawory i rury były perforowane; podczas gdy prędkość wody w rurach wykonanych w całości z tytanu wynosiła 6 m/s.

36 miesięcy i żadnych zauważalnych zmian. Oznacza to, że zastosowanie tytanu i materiałów ze stopów tytanu w podmorskich rurociągach i zaworach wody morskiej może zmniejszyć średnicę rurociągu, zwiększyć prędkość wody i wydłużyć żywotność.

Trzecią zaletą jest dobra wydajność transmisji dźwięku

Sonar to „oczy” łodzi podwodnej i aby go chronić, umieszcza się go w obudowie. Stop tytanu charakteryzuje się wysoką wytrzymałością właściwą, małym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, wysoką odpornością i dobrymi właściwościami przenoszenia dźwięku, dlatego jest stosowany w podwodnych urządzeniach akustycznych. Na przykład kopuły sonarów należącego do byłego Związku Radzieckiego nuklearnego okrętu podwodnego z latającymi rakietami Typ 607A są wykonane z tytanu i złota; a kopuły sonarów zakupionych przez nasz kraj lotniskowców „Mińsk” i „Kijów” również są wykonane ze złota. Wykonane ze stopu tytanu. Sądząc po rzeczywistych warunkach użytkowania, wydajność transmisji dźwięku stopu tytanu jest lepsza niż w przypadku włókna szklanego i stali nierdzewnej, co może skutecznie zapewnić wydajność sonaru.