Подводная лодка И. Ф. Александровского

Иван Федорович Александровский родился в 1817 г. в Митаве в семье мелкого чиновника. С детских лет он проявлял способности к живописи и достиг больших успехов. Приехав в Петербург, он стал учителем рисования и продолжал совершенствоваться в живописи. В начале 50-х годов Александровский принимал участие в ряде академических выставок, где его работы получили высокую оценку; его считали видным художником. Чтобы иметь средства для существования, Александровский открыл в Петербурге фотографию; она считалась лучшей в городе. Однако не живопись и не фотография определили жизненный путь Александровского, который настойчиво изучал математику, механику, физику, химию и был известным изобретателем в области фототехники. Воодушевленный патриотическим желанием помочь русскому флоту, Александровский начал конструировать подводную лодку. Мысль о ее постройке возникла у него в 1853 г., когда он будучи в Англии по делам своего фотоателье, увидел на рейде грозный флот, готовившийся к нападению на Россию.

Возвратившись на родину, Александровский приступил к разработке своего проекта. Узнав вскоре, что подводную лодку уже начал строить Бауэр, Александровский прекратил работу «опасаясь подвергнуться нареканию в несамостоятельности и подражании». Однако в 1856 г Александровскому удалось увидеть в Кронштадте подводную лодку Бауэра и она показалась ему весьма несовершенной. Доработав свой проект, Александровский предложил его царскому правительству. Проект был рассмотрен Морским Ученым комитетом и признан несовершенным для практического применения. Учтя замечания членов Морского Ученого комитета, изобретатель внес в проект ряд усовершенствований и снова представил его на рассмотрение. Лишь 6лагодаря настоянию известного инженера-кораблестроителя С. О. Бурачка Морской Ученый комитет в мае 1862 г. вновь ознакомился с проектом. Кстати отметим, что рассматривая проект Александровского, С. О. Бурачек выдвинул целый ряд оригинальных идей, которые в совокупности могли составить основу нового проекта. В частности, он предлагал:

- заменить гребные винты и руль «сквозными водопротоками», т. е. гидрореактивными движителями;

- сделать форму корпуса в поперечном сечении более низкой и широкой (близкой к эллипсу);

- вместо пневматической машины установить паровую турбину с герметическим водотрубным котлом собственной конструкции;

- применить выдвижные горизонтальные рули, расположенные в районе миделя. И. Ф. Александровский отказался использовать предложения Бурачка в своем проекте. 14 июня Морской Ученый комитет одобрил проект Александровского, указав, однако, что у Морского министерства средств на постройку лодки нет.

После длительных хлопот Александровскому удалось добиться получения 140 тысяч рублей на осуществление своего проекта. 18 июня 1863 г. Балтийскому заводу был выдан заказ на постройку лодки, а в мае 1866 г. лодка была закончена. Она имела следующие размеры: длину около 33, наибольшую ширину 4 и высоту около 3,6 м, при водоизмещении 355 т. Поперечные сечения лодки имели форму треугольника с выпуклыми сторонами, обращенного вершиной вверх. Такую форму корпуса изобретатель предложил с целью замедления погружения.

Для движения лодки были установлены воздушные машины (двухвальная установка), сжатый воздух для работы которых хранился в 200 баллонах (в виде стальных толстостенных труб диаметром 60 мм). В баллоны вмещалось около 6 м³ воздуха при давлении от 60 до 100 атм. Запаса воздуха, по расчетам изобретателя, должно было хватать на 20-30 миль плавания. Отработавший воздух из воздушных машин частично поступал внутрь лодки для дыхания людей; избыток давления стравливался за борт через трубу с невозвратным клапаном, препятствующим попаданию воды в машины в случае остановки их под водой. Для пополнения запаса сжатого воздуха на лодке имелся специальный компрессор высокого давления, сконструированный (впервые в России) С. И. Барановским.

Для погружения лодки в нижней ее части была устроена балластная цистерна объемом около 11 м³, в которую принималась из-за борта вода в количестве, достаточном для погашения (почти полностью) плавучести лодки. Всплытие лодки на поверхность осуществлялось продуванием водяного балласта сжатым воздухом; цистерна была рассчитана на давление 10 кг/см . Кроме балластной цистерны, на лодке имелся прочный цилиндр с поплавковым указателем уровня воды; вода в этот цилиндр принималась после заполнения балластной цистерны и погашала остаточную плавучесть лодки (прообраз уравнительной цистерны на современных подводных лодках).

Для удержания лодки на заданной глубине при подводном ходе Александровский предусмотрел пару кормовых горизонтальных рулей. Вертикальный руль для управления в горизонтальной плоскости имел вид, обычный для судов того времени. Приводы горизонтальных и вертикальных рулей находились внутри лодки.

Александровский впервые в России применил на своей подводной лодке магнитный компас. Чтобы исключить влияние на компас окружающего железа изобретатель расположил прибор в носовой части корабля, изготовленной из красной меди; компас действовал удовлетворительно. Здесь же, в носовой части лодки была устроена и специальная камера для выхода водолаза в подводном положении; лодка удерживалась в это время на подводных якорях.

Вооружение лодки состояло из двух обладавших плавучестью мин, связанных между собой тросом; всплывая, они должны были охватывать киль неприятельского корабля (при условии, что лодка будет находиться под ним). После отдачи мин лодке следовало отойти от корабля на безопасное расстояние и взорвать мины гальваническим током по проводнику; взрывчатое вещество мин воспламенялось от накала проволоки.

На случай аварии лодки, для возможности подъема ее своими средствами, изобретатель предусмотрел легкие понтоны в виде кожаных мешков, расположенных в верхней части лодки. К этим мешкам был подведен сжатый воздух от баллонов. При поступлении воздуха в мешки их объем увеличивался, чем создавалась плавучесть, достаточная для подъема лодки.

Владельцы Балтийского завода обязались закончить постройку к 1 сентября 1864 г., но не выполнили договорных условий; лодку спустили на воду лишь в 1865 г., причем на ней было много различных недоделок. Так, например, гребные винты изготовили без защитных ограждений; люк водолазной камеры герметически не закрывался и давал течь; рычаг для отдачи мин вовсе не был изготовлен - изобретателю пришлось его сделать самому. Для испытаний лодку перевели в Кронштадт. Александровский проверил исправность действия механизмов и 19 июня 1866 г. приступил к испытаниям на погружение в Средней гавани. Но Александровского ждали новые трудности. Вот что писал сам изобретатель:

«К крайнему моему прискорбию, по новости дела, никто не решался спуститься со мною в лодке под воду. После тщетного увещевания, я решил спуститься один, хотя и знал, что справляться со всеми приспособлениями в подводной лодке было чрезвычайно трудно и опасно; но к счастью моему некто Ватсон, мастер завода Макферсона (Балтийского завода), изъявил желание спуститься со мною».

Первое погружение лодки Александровского прошло не вполне благополучно.

«Когда я спустился на 6 футов под водою, я остановил лодку, и продержал ее в таком положении 20 минут, в продолжении которых лодка стояла совершенно неподвижно.

Вполне довольный своим первым шагом я приготовился к поднятию лодки, как вдруг раздался страшный треск, все лампы и свечи моментально потухли, и мы очутились в совершенном мраке. Ватсон закричал мне, что лопнула воздушная труба. Приказав ему отправиться открыть носовой люк, я, оставаясь на месте, все-таки, ощупью продолжал приготовляться к подъему лодки, но в темноте не мог видеть манометра и потому не знал, какое давление воздуха впущено в водяную цистерну. Когда я открыл водяной кран, лодка моментально всплыла на поверхность воды, сделалось светло, но страшный треск все еще продолжался, я ожидал каждую секунду, что мы будем раздавлены, но не отходил от крана до тех пор, пока Ватсон не открыл люка. Тут только я заметил, что было причиной страшного треска, который Ватсон принял за разрыв воздушной трубы».

Впоследствии выяснилось следующее. Александровский поручил Ватсону открывать клапан для продувания цистерны сжатым воздухом, предупредив его, чтобы он наблюдал за манометром этой цистерны и не допускал повышения давления в ней выше 1 атм. Сам Александровский стоял у привода открывания «водяного крана». Так как балластная цистерна была заполнена не полностью, надо было сначала создать в ней давление воздуха, равное забортному, а затем уже открывать «водяной кран». Ватсон по неопытности открыл клапан продувания больше, чем следует, и в цистерне создалось чрезмерное давление; предохранительный клапан стал сильно трещать, а затем последовал разрыв цистерны. К счастью, Александровскому удалось вовремя открыть «водяной кран» и, таким образом, первое погружение обошлось без серьезной аварии.

Этот случай показал, что на подводную лодку нельзя допускать людей, не обученных управлению механизмами, системами и устройствами. После исправления повреждений на лодку был назначен командир - капитан Эрдман - и команда в составе 6 офицеров и 15 матросов. Экипаж совершил несколько погружений и кратковременных плаваний под водой, после чего лодка испытывалась Морским Ученым комитетом. Испытания продолжались три года. Затем на лодку был назначен новый командир - капитан Рогуля.

Морской Ученый комитет, в заседаниях которого принимали участие вице-адмирал Г. И. Невельской и контр-адмирал А. А. Попов, оценил изобретение по достоинству: «Главный вопрос о возможности подводного плавания решен: лодка, сделанная Александровским, удобно и легко опускается в воду и всплывает». Осуществленная идея Александровского была признана «отважной» и «патриотической». Морской Ученый комитет предлагал оказать всемерную поддержку делу, которое, «осуществляя Русское изобретение, при ожидаемом вероятном успехе, призвано к великой будущности совершить огромный переворот в морских войнах и дать на море такую силу, какой не обладают еще другие народы».

В кампанию 1869 г. подводная лодка Александровского была отправлена в Транзунд на смотр флота. Накануне смотра она произвела на Транзундском рейде репетицию на погружение, подводный ход на глубине 4 м и всплытие. На следующий день во время смотра подводную лодку поставили около фрегата «Петропавловск». Командир лодки получил приказание пройти под водой на глубине 4 м от «Петропавловска» до царской яхты «Штандарт» (расстояние 600 м). Это плавание капитан Рогуля осуществил с успехом: лодка во время подводного хода сохраняла постоянное углубление, что можно было видеть по мачте-фут-штоку, специально закрепленному на подводной лодке.

После смотра на Транзундском рейде была назначена новая комиссия, с которой Александровский должен был пройти под водой (на глубине около 5 м) расстояние в 1,5 мили (от Лондонского маяка до корвета «Гридень», поставленного на рейде). Расстояние это было пройдено, но лодка оказалась весьма неустойчивой в вертикальной плоскости: она то погружалась, то показывалась на поверхности. Неустойчивость лодки Александровский объяснил недостаточной глубиной под килем. Он указывал, что при длине лодки 33 м расстояние от киля до дна должны быть не менее 5-6 м, а в данном районе под килем было всего 2,5- 3 м; лодка на этой глубине дважды ударялась о грунт.

Перед погружением на большие глубины потребовалась проверка прочности корпуса погружением на глубину, превышающую ту, которую Александровский считал необходимой для продолжения опытов. Первое такое испытание корпуса было произведено в 1871 г. в Бьеркезунде. Лодку погрузили без людей на глубину 24 м. Это испытание она выдержала: после подъема не было обнаружено никаких дефектов корпуса. На другой день лодку опустили на глубину 30 м (также без людей), но поднять ее не удалось: корпус был раздавлен и лодка заполнилась водой.

Только через два года, в 1873 г. Александровскому удалось поднять лодку. Восстановление ее было признано нецелесообразным, поскольку ее сочли непригодной для военных целей как вследствие недостаточной прочности корпуса, так и по другим причинам, главнейшими из которых являлись неспособность поддерживать постоянную глубину при подводном ходе и крайняя ограниченность запаса движущей энергии.

Морской Ученый комитет дал следующую оценку результатов испытаний, проведенных до проверки прочности корпуса:

«Лодка прошла под водой расстояние в 1 1/2 мили в 1 час, следовательно со скоростью 1 1/2 узла, сохраняя довольно хорошо направление по курсу, но не могла держаться на одной и той же глубине, т. к. в течение часового перехода она постоянно то показывалась над водою концом своей башни, то погружалась в воду...

Из 50 минут хода лодки, на подводный ее путь приходится 30 1/4 минут, остальные 19 3/4 минут составляют общую продолжительность ее частых появлений над водою...

Регулирование глубины плавания лодки производилось во время описанного часового перехода ее впуском воды в бак и выпуском ее из бака. Затем лодка прошла под водой еще 30 минут, регулируя глубину плавания горизонтальными рулями, и точно также не могла удержаться на одной и той же глубине, а постоянно то выставляла сверх воды свою башню, то снова скрывала ее под водой, так что никакого преимущества одного из способов регулирования глубины над другим... замечено не было».

После этого, имея в виду, что по заявлению командира лодки капитана 1 ранга Андреева в лодке «не хватает сжатого воздуха для дальнейших опытов, лодка была отпущена в гавань на буксире парохода «Петербург». Подойдя к Средним воротам буксир был отдан, лодка сама вошла в гавань, пройдя таким образом, еще с 1/4 часа своими средствами».

По заключению В. Купреянова, «все время хода, на которое в лодке достало движущей силы, оказалось 1 3/4 часа, что при скорости лодки в 1 1/2 узла показывает, что лодка может пройти расстояние в 2,625 мили».

В дальнейшем Александровский предложил установить на лодке паровую машину, для чего необходимо было увеличить водоизмещение лодки, и внес в проект ряд других улучшений. Морской Технический комитет рассмотрел новые предложения Александровского и в 1876 г. дал следующее заключение:

«Новый проект Александровского совершенно отстраняет продолжение разработки вопроса о подводном плавании, а между тем вопрос этот до сих пор остается еще не решенным ввиду тех требований, которые были изложены изобретателем в первоначальном проекте и которых он надеялся достигнуть..., а потому Кораблестроительное Отделение положило отклонить предложение Александровского о перестройке существующей лодки по новому проекту».

В связи с решением Кораблестроительного Отделения о теоретической разработке вопросов подводного плавания, большая работа была выполнена В. Купреяновым. Эта работа касалась проблемы вертикальной устойчивости лодки на подводном ходу.

В своих исследованиях Купреянов рассматривал, какие силы влияют на подводный корабль при его движении. Он пришел к выводу, что на лодку действуют непрерывно изменяющиеся силы, которые вместе с водоизмещением корабля участвуют в определении движения судна как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Рассматривая основные действующие силы - волновое и гидродинамическое сопротивления - Купреянов искал ту наивыгоднейшую форму подводной лодки, при которой можно свести к минимуму вертикальное движение корабля на подводном ходу.

В поисках условий динамического равновесия Купреянов пришел к выводу, что силы, влияющие на вертикальную устойчивость, в большей степени зависят от образований корпуса, нагрузки лодки и расположения движителя. Сравнивая эти условия с причинами, нарушающими вертикальную устойчивость, Купреянов пришел к выводу о возможности совмещения их в одном корабле. Он указывал, что главным условием вертикальной устойчивости является устранение у подводной лодки пары сил (движущей и сопротивления воды), чтобы направления этих сил совмещались в одну прямую линию. Для этой цели Купреянов предлагал располагать ось гребного вала по той прямой, которая представляет направление равнодействующей силы сопротивления воды. Это условие может быть выполнено только тогда, когда корпус подводной лодки будет иметь такую форму, при которой равнодействующая всех сопротивлений, действующих на разные части поверхности корпуса, будет направлена по оси симметрии (что, в свою очередь, может быть достигнуто лишь в том случае, если подводная лодка будет иметь форму тела вращения).

Своими исследованиями Купреянов указал конструкторам путь для уничтожения вращающего момента, происходящего от несовпадения сил, действующих на подводную лодку при ее движении. В заключение он отмечал, что весьма удовлетворительные результаты регулирования движения торпеды объясняются не только хорошей работой приборов управления, но главным образом тем, что торпеда представляет собой по форме тело вращения.

Наряду с глубокими исследованиями Купреянова, направляющими мысль изобретателей на поиски более совершенных форм корпуса подводной лодки, печатались и многочисленные статьи других авторов-противников развития подводного плавания. Одни из них считали нецелесообразным развитие подводного кораблестроения для военных целей, другие - доказывали бесплодность «домогательства» подводного плавания.

Так, например, генерал Константинов в своем отзыве о проекте подводной лодки русского изобретателя Н. Спиридонова писал:

«В начале нынешнего столетия обладание подводной лодкой или производство по сему предмету опытов могло произвести опасение в противнике, не бесполезное для общего хода военных действий, как это обнаружило опасение, порожденное в Англии изысканиями Фультона, производимыми во Франции; но теперь нельзя надеяться даже и на эту косвенную выгоду в военном отношении предприятием опытов над подводными лодками. . .»

Другой автор, капитан 1 ранга Зеленой, излагая свои соображения в связи с неудачными испытаниями подводной лодки Александровского, приходил к таким выводам:

«Подводное судно не может стоять на известной глубине неподвижно, потому что для достижения такой глубины оно должно попеременно то прибавлять, то убавлять свой вес и от этого постоянно будет двигаться вниз и вверх, не имея для себя никакой опоры в окружающей его воде. То же самое колебательное движение в вертикальной плоскости имеет оно при своем движении. . ., следовательно ожидать каких-нибудь практических результатов от осуществления к постройке подводных лодок нельзя...».

Заслуги И. Ф. Александровского в истории развития отечественного подводного плавания бесспорны. Ему удалось решить задачу постройки большой металлической подводной лодки с механическим двигателем, причем впервые была осуществлена двухвальная машинная установка. На своей лодке Александровский применил (также впервые) продувание водяного балласта сжатым воздухом, как это осуществляется и на современных подводных лодках. Впервые на русской подводной лодке был применен магнитный компас.

Творческое проникновение в суть гидродинамических явлений, сопутствующих движению лодки в водной среде, дало Александровскому возможность уяснить необходимость установки кормовых горизонтальных рулей, несмотря на трудность их устройства в кормовой части лодки, где расположены машинная установка и линии гребных валов. Отметим здесь, что американские лодки типа «Давид», строившиеся в США в тот же период, имели только носовые горизонтальные рули.

Кормовые горизонтальные рули являются главными и на современных подводных лодках. На первый взгляд кажется, что при равенстве площадей кормовых и носовых горизонтальных рулей их эффективность будет одинакова. Но это не так. Дело в том, что гидродинамический момент кормовых горизонтальных рулей всегда будет одного знака, т. е. вращающий момент будет равен сумме моментов корпуса и рулей. При действии же носовых горизонтальных рулей гидродинамический момент корпуса будет направлен обратно моменту рулей, т. е. вращающий момент в этом случае будет равен разности моментов корпуса и моментов рулей.

К сожалению, скорость хода лодки Александровского была столь мала, что он не мог проверить эффективность примененных им кормовых горизонтальных рулей. На современных лодках обычно применяются и кормовые и носовые горизонтальные рули. Маневр всплытия или погружения лодки производят, как правило, при действии кормовыми горизонтальными рулями, а для удержания лодки на заданной глубине пользуются носовыми горизонтальными рулями, которые создают угол атаки, противоположный углу атаки корпуса лодки.

Александровский разработал и в 1875 г. представил проект переделки своей подводной лодки в полупогружающееся миноносное судно водоизмещением 630 т. с «громадной скоростью хода», причем предлагал заменить пневматическую машину паровой с мощностью около 700 л. с. Этот проект, как и все другие его предложения, принят не был. Одолеваемый нуждой изобретатель предложил следующий свой проект (погружающееся миноносное судно длиной 41 м и водоизмещением 460 т) Франции, но и французское правительство не сочло возможным выплатить Александровскому сколько-нибудь приличное вознаграждение.

В конце восьмидесятых годов И. Ф. Александровский снова вернулся к идее коренной реконструкции своей лодки. Он разработал новый проект, по которому вооруженная 12 торпедами лодка должна была иметь надводный ход 10-12 узлов и запас энергии (пневматический двигатель 150 л. с.) для подводного плавания в течение 7 часов.

Свыше 35 лет трудился И. Ф. Александровский над своим изобретением. Замечательный патриот родины, он сделал все, что мог на пользу укрепления боевой мощи русского флота. Но его деятельность не нашла поддержки у царского правительства. Он разорился и в 1894 г. умер, забытый всеми, в больнице для бедных.