Безобмоточное размагничивание кораблей. Организация СБР-1, СБР-2, СБР-3. Полигон для проверки качества размагничивания. Разработка автоматического регулятора тока в курсовых обмотках
Безобмоточное размагничивание кораблей. Организация СБР-1, СБР-2, СБР-3. Полигон для проверки качества размагничивания. Разработка автоматического регулятора тока в курсовых обмотках
Первые опыты по безобмоточному размагничиванию подводных лодок под руководством А. П. Александрова были начаты еще до приказа командующего ЧФ от 10 сентября 1941 г. Они проводились в Южной бухте, у пирсов 1-й бригады подводных лодок, 4–5 июля (Щ-211) и 23–25 июля (Л-5). В обоих случаях были получены обнадеживающие результаты. Позже, 17 и 20 августа 1941 г., английскими офицерами, находившимися тогда в Севастополе, было проведено показательное безобмоточное размагничивание подводных лодок С-32 и М-111. В дальнейшем эта работа проводилась без участия англичан под руководством ученых ЛФТИ.
Первая плавучая станция безобмоточного размагничивания кораблей (СБР-1) была оборудована на несамоходной металлической барже СП-98 водоизмещением около 150 т. Все понимали, что для СВР хорошо было бы использовать самоходное судно с деревянным корпусом, чтобы оно своим магнитным полем не создавало помех, но к этому времени все мобилизованные суда были уже приспособлены для различных нужд Военно-Морского Флота, например для траления мин, перевозки боезапасов, продовольствия и мелких грузов.
В качестве источников питания на СБР-1 была установлена аккумуляторная батарея из 60 элементов типа КСМ, снятая с подводной лодки типа Щ, где она уже отработала установленный срок, но еще была пригодна для эксплуатации в условиях СБР. Кроме того, был установлен щит управления с коммутационной аппаратурой и приборами, а также получено несколько сот метров кабеля типа НРМ.
Штат СБР-1 первоначально состоял из 12 человек, включая начальника, инженера, двух электриков и боцманскую команду.
25 августа на СБР-1 были начаты работы по безобмоточному размагничиванию кораблей. Для технического руководства этими работами до освоения офицерским составом используемых методов к экипажу были временно прикомандированы научный сотрудник ЛФТИ Ю. С. Лазуркин, конструктор ЦКБ-52 Волович, инженер Техотдела ЧФ Рабинович. Начальником СБР-1 был назначен военный инженер III ранга М. А. Горбунов, которого мы с И. Д. Кокоревым хорошо знали. Инженером СБР был назначен воентехник I ранга Н. А. Биятенко.
Михаил Алексеевич Горбунов после окончания Петербургского электротехнического института в 1914 г. был призван на службу в Военно-Морской Флот и назначен на должность трюмного инженера-механика эсминца «Пылкий» Черноморского флота. Революция застала его на Волжской военной флотилии, а после-окончания гражданской войны он был уволен в запас и работал в электротехнической промышленности. Михаил Алексеевич имел многолетний опыт монтажных и пуско-наладочных работ на многих электростанциях Советского Союза, был высококвалифицированным специалистом и умел работать с людьми. С первых дней войны он был призван в ВМФ и служил старшим инженером в Отделении энергетики Техотдела ЧФ.
Николай Алексеевич Биятенко, выпускник Харьковского электротехнического института, до войны работал на ХЭМЗе старшим инженером аппаратного отдела и был хорошим специалистом.
Началось комплектование команды СБР-2, а несколько позже и команды СБР-3. Начальником СБР-2 был назначен выпускник Военно-морской академии инженер-капитан III ранга М. Г. Алексеенко, для обеспечения работ по размагничиванию кораблей к экипажу были временно прикомандированы научный сотрудник ЛФТИ Е. Е. Лысенко, инженер ЦКБ-52 Богданов и начальник лаборатории 2-й бригады подводных лодок воентехник II ранга А. С. Шевченко.
Для СБР-2 была подобрана и получена небольшая самоходная рыболовецкая шхуна водоизмещением около 37 т. Ее корпус был сильно поврежден, но другого, более подходящего судна в то время не было. На ней установили аккумуляторную батарею из 20 элементов типа КСМ и щит управления. Было выделено необходимое количество кабеля. Шхуна предназначалась для безобмоточного размагничивания подводных лодок 2-й бригады (малые лодки). 22 сентября, после окончания оборудования, она ушла своим ходом из Севастополя в Феодосию. В конце сентября начальник Технического отдела ЧФ доложил в Москву, что на ЧФ сформированы и уже работают две СБР и подготовлено шесть специалистов[25].
Для СБР-1 и СБР-2 было выделено по одному английскому магнитометру типа «пистоль» (их получили в конце августа 1941 г.) и по одному отечественному магнитометру ЛФТИ типа «вертушка». Английские магнитометры предназначались для измерения только вертикальной составляющей магнитного поля корабля на фоне вертикальной составляющей земного магнитного поля. Они были построены на индукционном принципе, не имели вращающихся частей и были более удобны в работе.
Для СБР-1 в Севастополе был выбран стенд в районе Килен-бухты и оборудован крейсерскими бочками для постановки на них кораблей на двух главных курсах. Глубина места стенда составляла 12–14 м.
Уже первые месяцы работы показали: пропускная способность СБР-1 должна быть увеличена. На ней можно одновременно проводить обработку двух кораблей, ставя их по обеим сторонам СБР на определенном удалении от бортов и друг от друга. Это требовало изменения штатного расписания; большие затруднения и неудобства представляло отсутствие собственного хода у СВР: ей приходилось подолгу ожидать буксиров для перевода под зарядку аккумуляторов. Кроме того, во время налетов вражеской авиации корабли, которые находились на размагничивании, уходили со стенда, а СБР-1 оставалась среди бухты одна, как мишень для «прицельного» бомбометания.
В дальнейшем мы всегда стремились к тому, чтобы все СБР были самоходными, но судьбе было угодно иногда… по воле старшего начальства подбрасывать нам несамоходные баржи водоизмещением до 450 т. Слов нет, на такой барже можно было установить мощную аккумуляторную батарею, зарядный агрегат, оборудовать специальные помещения для работы и с комфортом разместить команду. Однако все эти прелести меркли перед недостатками, связанными с отсутствием своего собственного хода.
По роду деятельности СБР являлась оперативным техническим средством обеспечения деятельности боевых кораблей флота. Опыт военных лет и более позднего времени показал, что СБР должны без помощи буксиров, своим ходом, совершать переходы не только в пределах одного порта, но и между различными портами или местами постоянного или временного базирования соединений кораблей, районами траления, учений и подготовки операций. Так, например, во время траления магнитных и индукционных мин на Азовском море, где одновременно работало более 100 катерных электромагнитных тральщиков, у всей армады необходимо было систематически измерять магнитные поля, а в случае сильных сотрясений корпусов от взрывов вытравливаемых мин производить безобмоточное размагничивание. В связи с большим объемом работ тральщики работали почти круглосуточно, «не вынимая трала из воды». Перерывы для перехода в порт базирования СБР и измерения магнитных полей были крайне нежелательны. Поэтому для сбережения моторесурсов тральщиков и их более эффективного использования бригаде или отряду траления придавалась СБР, которая их обслуживала и кочевала вместе с ними из одного района траления в другой. Были и другие случаи, когда необходимо было осуществить маневр техническими средствами для выполнения большого объема работ в короткие сроки, например при подготовке к десантным операциям или к учениям.
В основе принципа безобмоточного размагничивания кораблей лежат следующие положения ферромагнетизма.
Известно, что всякое ферромагнитное тело, помещенное во внешнее магнитное поле, получает индуктивное и постоянное или остаточное намагничивания. Магнитное поле вблизи тела от индуктивного намагничивания в слабом внешнем поле, каким является земное магнитное поле, зависит от его величины и направления, т. е. от геомагнитной широты плавания и курса корабля. Магнитное поле от постоянного намагничивания возникает в результате явления гистерезиса. Величина остаточного намагничивания сильно возрастает, если на ферромагнитное тело действуют одновременно постоянное магнитное поле и упругие напряжения (вибрации, удары и др.) или постоянное и переменное магнитные поля.
В естественных земных условиях направления (знаки) магнитных полей индуктивного и постоянного намагничиваний совпадают и общее магнитное поле, в том числе и его вертикальная составляющая, суммируется.
Для того чтобы уменьшить вертикальную составляющую напряженности магнитного поля корабля, необходимо, очевидно, намагнитить корабль таким образом, чтобы вертикальная составляющая напряженности постоянного намагничивания была равна по величине и противоположна по знаку вертикальной составляющей индуктивного намагничивания корабля. Строго говоря, производилось не размагничивание, а намагничивание безобмоточным методом ферромагнитных масс корабля.
Для этого по обводу корабля, примерно на уровне ватерлинии, на пеньковых концах подвешивали толстый гибкий кабель. При пропускании по нему тока борта корабля намагничиваются. Часто для усиления эффекта намагничивали широкие пояса бортов корабля путем перемещения (натирания) кабеля в вертикальном направлении в момент пропускания тока. Если сила тока очень большая, то кабель настолько сильно притягивается к борту, что переместить его вручную не хватает сил. На больших торговых судах для перемещения кабеля в момент пропускания тока использовали краны, лебедки и т. п.
Устранение постоянного продольного и поперечного намагничиваний корабля безобмоточным методом производили в прямом смысле этого слова, т. е. размагничиванием.
Метод безобмоточного размагничивания кораблей с его модификациями при должном опыте работы оказался достаточно гибким и позволил с небольшими затратами технических средств защитить подводные лодки, вспомогательные суда и малые корабли от магнитных и индукционных мин противника. Однако он обеспечивал удовлетворительную защиту лишь в той геомагнитной зоне, в которой производилось размагничивание. В других зонах индуктивное намагничивание изменяется пропорционально изменению вертикальной составляющей магнитного поля Земли, а постоянное намагничивание изменяется медленно, в течение многих месяцев. Под влиянием различных внешних факторов, упругих напряжений, штормовой погоды, глубоководных погружений (для подводных лодок), а также при близких взрывах авиабомб и других сотрясениях постоянное намагничивание во много раз возрастает.
Кроме того, оно зависит и от предыстории, т. е. от того, насколько и каким образом ранее был намагничен корабль. Поэтому результаты изучения влияния этих явлений на изменение магнитных полей кораблей необходимо было строго систематизировать.
Для этой цели в УК ВМФ были разработаны специальные формы протоколов безобмоточного размагничивания и контрольных измерений магнитных полей кораблей, оборудованных размагничивающими устройствами и аппаратурой для их регулировки. Кроме того, были разработаны формы паспортов, выдаваемых кораблям и заполняемых на СБР при проведении каждого очередного размагничивания. Такие документы мы получили от флагманского механика штаба ЧФ 7 октября 1941 г.[26]
Введение протоколов и паспортов размагничивания кораблей существенно облегчало выполнение этого процесса. Оно позволило накопить опыт проведения работ, изучить влияние различных факторов на изменение магнитных полей кораблей и, наконец, имело огромное организующее значение. Кораблям, не прошедшим в установленный срок очередного размагничивания, выход в море не разрешался. И никто на Черноморском флоте не нарушал это положение.
Операция по размагничиванию кораблей, согласно положению, выполнялась тогда, когда корабль уже принял боезапас и все грузы, с которыми он будет плавать, т. е. она была предпоследней (последней было устранение девиации магнитных компасов) при подготовке корабля к походу, и, как правило, на ее выполнение оставалось совсем мало времени. Это приводило к тому, что размагничивание корабля часто приходилось проводить по ночам, при полном затемнении.
В конце сентября 1941 г. по решению штаба ЧФ в районе Троицкой бухты Минно-торпедным отделом ЧФ был оборудован испытательный полигон, где наряду с другими приборами был установлен замыкатель от разоруженной немецкой магнитной мины. Провода от него были выведены на берег, в лабораторию. Появилась возможность не только проверить качество размагничивания кораблей на этом полигоне, но и продемонстрировать это публично. Если корабль был размагничен хорошо, то при прохождении его по стенду над замыкателем никаких сигналов на берегу не возникало, а при неудовлетворительном размагничивании срабатывал замыкатель и на берегу загоралась красная лампа, которая была видна с проверяемого корабля.
Военные моряки вообще, а экипажи кораблей в особенности знали, что магнитные мины для неразмагниченных кораблей представляют страшную угрозу. Свидетельством этому являлись не только сообщения в печати или в соответствующих документах, но и подрывы неразмагниченных кораблей на Черном и Балтийском морях. Поэтому моряки очень серьезно относились к размагничиванию кораблей. Положение обострялось еще и тем, что сами экипажи кораблей внешне не ощущали, насколько качественно размагничен их корабль. Иногда действия «размагнитчиков» моряки называли черной магией. Для экипажа качество размагничивания корабля — это не отвлеченный, абстрактный интерес, а вопрос жизни. Возможно, что определенное влияние на повышение интереса к размагничиванию кораблей оказало и то, что непосредственными руководителями и участниками работ были не привычные заводские инженеры и мастера, а «чистые ученые», физики. Сейчас никого не удивляют совместные работы ученых и инженеров, это считается не только нормальным, но в ряде случаев и наиболее эффективным, а тогда это было еще непривычно.
При проверке качества размагничивания кораблей во время прохождения их по полигону на палубу обычна поднимались все, кто только мог; они хотели видеть своими глазами, загорится ли красная лампа или нет. Если лампа не загоралась, напряжение у людей спадало, настроение поднималось и корабль уходил на позицию. В противном случае он возвращался на СБР для окончательного размагничивания. Такие случаи бывали, но, к счастью, редко.
Первая проверка качества размагничивания подводной лодки С-33 на полигоне была проведена 24 сентября 1941 г.[27] Она была успешной. Затем проверки стали более регулярными, а позже и обязательными.
За время с 25 августа по 30 октября 1941. в Севастополе на СБР-1 было произведено 49 размагничиваний и контрольных измерений кораблей, в основном подводных лодок, а на СБР-2 в Феодосии было размагничено пять подводных лодок[28].
В связи с тем что для оборудования размагничивающими устройствами даже крупных вспомогательных судов не было ни кабеля, ни производственных возможностей, по предложению сотрудников бригады ЛФТИ некоторые суда, имевшие большие значения продольной курсовой разности магнитного поля, например минный заградитель «Островский», санитарный транспорт «Львов», подвергались комбинированному размагничиванию, при котором вертикальное намагничивание корпуса судна устранялось безобмоточным методом, а поля продольной курсовой разности компенсировались полями временных курсовых обмоток, прокладываемых по верхней палубе в оконечностях корабля.
Необходимо отметить, что ко времени организации СВР весь кадровый офицерский состав и выпускники военно-морских училищ уже служили на штатных должностях, а резерв офицерского состава флотского экипажа состоял или из случайно освободившихся кадровых офицеров, или (в большинстве своем) из офицеров запаса. Из них нам и пришлось комплектовать штаты СВР, а позже и отделения размагничивания кораблей. Среди офицеров запаса мы стремились подбирать инженеров с крупных электротехнических заводов и других предприятий, которые имели хорошую специальную подготовку, большой стаж практической работы в области электротехники и опыт работы с людьми. Как оказалось в дальнейшем, такой подход в условиях того времени был наиболее правильным.
В разное время из экипажа Черноморского флота к нам были назначены Михаил Григорьевич Вайсман — бывший начальник проектно-технического отдела ХЭМЗа, возглавлявший проектирование электрооборудования строящихся кораблей Военно-Морского Флота, автор книги «Корабельная автоматика»; Александр Иванович Боровиков — руководитель группы проектно-технического отдела ХЭМЗа по проектированию электрооборудования подводных лодок; Николай Алексеевич Биятенко, о котором я писал ранее; Михаил Анатольевич Оболенский — руководитель группы проектно-технического отдела ХЭМЗа по проектированию электрооборудования прокатных станов; Леонид Федорович Шибаев — главный энергетик Металлургического завода из Днепропетровска; Юрий Владимирович Исаков — старший инженер проектного института из Харькова; Николай Ильич Сарафанов — старший инженер проектного отдела Электропрома из Одессы и др. Конечно, на первых порах им недоставало специальной военно-морской подготовки. Они не могли самостоятельно управлять кораблем при швартовке, не говоря уже о морских переходах, но это было не главным: для этих целей на СБР первоначально предусматривалась должность судоводителя. Главным было научить их хорошо размагничивать корабли и организовать несение службы в соответствии с корабельным уставом ВМФ.
Опыт работы дальнейших лет показал, что подавляющее большинство из них хорошо изучили морское дело, сдали экзамены и получили документы на право судовождения. Многие из них совершали самостоятельные морские переходы в пределах Черного и Азовского морей.
Здесь я хочу более подробно остановиться на одной из наших совместных с М. Г. Вайсманом разработок того времени — автоматическом регуляторе тока в курсовых обмотках размагничивающих устройств кораблей.
На эскадренных миноносцах типа «Бодрый» и «Сообразительный», лидерах «Харьков» и «Ташкент», крейсерах типа «Ворошилов» и линкоре «Парижская коммуна» размагничивающие устройства, кроме основных обмоток, имели еще и курсовые — для компенсации магнитных полей продольной курсовой разности. Курсовые горизонтальные обмотки включались на определенных курсах корабля, т. е. происходило двухступенчатое, а позже и трехступенчатое реверсивное регулирование тока. Обычно в штурманской рубке корабля устанавливался двухполюсный переключатель, и оттуда в соответствии с курсом корабля вручную нужно было изменять ток в курсовых обмотках. Выполнение этой несложной, но обязательной операции, особенно при маневрировании корабля в море во время налетов вражеской авиации или в миноопасных районах, требовало-выделения специального человека.
Мы с Михаилом Григорьевичем, привыкшие к автоматизации проектируемых корабельных электротехнических и механических устройств, считали необходимым автоматизировать и этот несложный процесс, установив реверсивные двухполюсные контакторы в цепи курсовых обмоток и датчики на репитере гирокомпаса, находящегося здесь же, в штурманской рубке. В то время мы уже знали, что обычные контакты в условиях медленного вращения картушки репитера гирокомпаса, тряски и вибраций на ходу корабля не обеспечат надежной работы, поэтому мы решили установить «лягушечные» контакты.
Помню, это был воскресный теплый малооблачный день. Мы тогда круглосуточно находились на службе (дневали и ночевали в служебных помещениях). Примерно в 15 часов, когда большая часть чертежей мной уже была выполнена (до войны я несколько лет работал старшим конструктором электрических машин на ХЭМЗе), а Михаил Григорьевич составлял описание прибора, вражеская авиация совершила массовый эшелонированный налет на корабли, стоявшие в севастопольских бухтах.
Небо покрывали легкие перистые облака. Высоко между ними были четко видны группы самолетов противника по 9—12 штук. Они летели очень высоко, и огонь нашей зенитной артиллерии был малоэффективен. Тем не менее все средства корабельной и береговой противовоздушной обороны вели интенсивный заградительный огонь, не позволяя им снизиться для прицельного бомбометания или пикирования. Можно было видеть, как сверкали на солнце бомбы в момент отделения от самолетов, был слышен их нарастающий вой и грохот взрывов, при которых с морского дна поднимались столбы воды и ила. Порой эти столбы закрывали от нас находившиеся невдалеке корабли, и мы, затаив дыхание, в страшном волнении ждали, пока спадет столб воды. Каждый думал: увидим ли мы их снова или уже нет? Наше волнение трудно передать словами. Вот снова упала и взорвалась очередная серия бомб. Взметнувшиеся столбы воды и грязи закрыли от нас крейсер «Красный Крым», стоявший на бочках ближе других кораблей. Бесконечно долгими казались секунды, пока спадет пелена. Наконец показался крейсер, он стоял, слегка покачиваясь, без признаков пожара или прямых попаданий авиабомб. Значит, цел!
После нескольких заходов вражеские самолеты были отогнаны нашими истребителями и улетели. На этот раз обошлось без прямых попаданий.
Еще долго стояли мы на причале возле Минной стенки, обсуждая события дня. Это был один из последних случаев, когда мы открыто наблюдали бомбежки. Позже противник стал бросать бомбы и обстреливать из пулеметов людей на причалах.
Наше предложение мы отправили в УК ВМФ. Забегая несколько вперед, скажу, что оно было одобрено. Мы сделали опытный образец, который был испытан комиссией под председательством военного инженера, II ранга Б. И. Калганова. После этого прибор был: установлен на линейном корабле «Парижская коммуна» и эксплуатировался на нем до 1947 г., когда был: заменен новым, более совершенным автоматическим, регулятором тока.
В процессе работы по размагничиванию кораблей выявились особенности работы магнитометров, о которых я уже писал.
Отсутствие приборов для организуемой СБР-3 и преимущества магнитометра «пистоль» побудили нас с М. Г. Вайсманом разработать и изготовить по этому типу магнитометр из отечественных материалов. Речь шла не о приоритете разработки, а об обеспечении работ СБР-3, что в то время было более важным.
Главным элементом этого прибора был металлический поршенек из «мю-металла» с очень высокой магнитной проницаемостью и отсутствием остаточного намагничивания. Из литературы мы знали, что профессором Меськиным [29] был разработан сплав AlSiFe с подобными свойствами.
Был октябрь 1941 г., и в военных условиях изготовление новых деталей из прецизионных магнитных сплавов было задачей не из легких. Однако благодаря отзывчивости наших людей удалось решить на Севастопольском морском заводе и эту задачу. Когда были отлиты заготовки, то оказалось, что по магнитным свойствам они соответствуют нашим требованиям, но обладают крупнозернистым строением, тверды и хрупки. По условиям работы прибора они должны были иметь высокую точность обработки, однако при попытке проточить заготовки на токарном станке оказалось, что их не берет ни один резец, а сами они крошатся. Но и здесь мастера Севморзавода вышли из положения: они обработали их шлифованием. Было изготовлено несколько таких поршеньков.
При изготовлении остальных деталей мы, руководствуясь заводским опытом, стремились не разрабатывать новые узлы или детали, а максимально использовать существующие изделия. Так, в качестве герметичного цилиндра из неферромагнитного материала для датчика прибора была использована гильза от 76-миллиметрового артиллерийского снаряда. Она была укорочена до необходимых размеров, к ней был приварен латунный фланец.
В результате испытаний, проведенных в Поти весной 1942 г., было установлено, что наш прибор почти не уступает английскому. Протокол испытаний был отправлен в УК ВМФ. Главное достоинство его состояло в том, что на месте можно было изготовить из имеющихся материалов необходимое количество магнитометров и обеспечить ими работу СВР.
Совсем недавно, просматривая в Центральном архиве ВМФ документы военных лет, я узнал, что в вопросах разработки и изготовления магнитометров мы не были единственными. Такие же приборы были изготовлены по инициативе службы размагничивания кораблей Тихоокеанского флота в июне 1942 г. в лаборатории магнетизма Института физики металлов Уральского филиала АН СССР в Свердловске под руководством И. К. Кикоина (впоследствии академика)[30].