V 80 w rejonie Helu, w trakcie prob z napedem turbina inz. Waltera w 1942 r. Widoczny kamuflaz i proporcje niewielkiej czesci nawodnej.

W okresie międzywojennym wszystkie okręty wojenne zyskały większą rozwijaną prędkość maksymalną, z wyjątkiem okrętów podwodnych, dla których wartością graniczną na powierzchni pozostawało 17 w. oraz 9 w. pod wodą – w czasie ograniczonym pojemnością baterii akumulatorów do około półtorej godziny, lub mniej, jeśli przed zanurzeniem baterie nie były w pełni naładowane.

Od początku lat 30. XX wieku nad uczynieniem zanurzonego okrętu podwodnego jednostką szybką pracował niemiecki inż. Hellmuth Walter. Jego ideą było stworzenie działającego w obiegu zamkniętym (bez dostępu powietrza atmosferycznego) silnika cieplnego, z wykorzystaniem spalania oleju napędowego jako źródła energii i pary wodnej obracającej turbinę. Ponieważ warunkiem procesu spalania jest dostarczanie tlenu, jako jego źródło w zamkniętej komorze spalania Walter przewidywał wykorzystanie nadtlenku wodoru (H2O2) o stężeniu powyżej 80%, zwanego perhydrolem. Potrzebnym katalizatorem reakcji miał być nadmanganian sodu lub wapnia.

Błyskawiczny rozwój badań

1 lipca 1935 r. – kiedy w dwóch kilońskich stoczniach Deutsche Werke AG i Krupp Germaniawerft AG trwała budowa 18 jednostek pierwszych dwóch serii przybrzeżnych U-Bootów (typów II A i II B) dla szybko odradzającej się U-Bootwaffe – Walter, od kilku lat zajmujący się stworzeniem szybkiego okrętu podwodnego o napędzie niezależnym od dostępu powietrza, zorganizował w Kilonii „Ingenieurbüro Hellmuth Walter GmbH”, zatrudniające jednego współpracownika. W następnym roku utworzył nową firmę „Hellmuth Walter Kommanditgesellschaft” (HWK), wykupił starą gazownię i przekształcił ją w poligon doświadczalny, na którym zatrudnił 300 osób. Na przełomie lat 1939/40 zakład został powiększony o teren położony bezpośrednio nad Kanałem Cesarza Wilhelma, jak do 1948 r. zwano Kanał Kiloński (niem. Nord-Ostsee-Kanal), zatrudnienie wzrosło do około 1000 osób, a badania rozszerzono o napędy dla lotnictwa i wojsk lądowych.
W tym samym roku Walter utworzył w Ahrensburgu koło Hamburga zakład wytwórczy napędu dla torped, a w kolejnym, 1941 r. w Eberswalde koło Berlina zakład silników odrzutowych dla lotnictwa; zakład ten został następnie przeniesiony do Baworowa (dawniej Beerberg) koło Lubania. W 1944 r. powstał zakład silników rakietowych w Hartmannsdorf. Jeszcze w 1940 r. zakład doświadczalny torped TVA (TorpedoVersuchsanstalt) przemieszczono na Hel i częściowo do Bosau nad jeziorem Großer Plöner (wsch. Szlezwik-Holsztyn). Do końca wojny łącznie w zakładach Waltera pracowało około 5000 ludzi, w tym ok. 300 inżynierów. Niniejszy artykuł skupia się na projektach okrętów podwodnych.
Ówcześnie niskostężony, kilkuprocentowy nadtlenek wodoru stosowany był w przemyśle kosmetycznym, włókienniczym, chemicznym i medycynie, a uzyskanie wysokostężonego (powyżej 80%), przydatnego dla badań Waltera było dużym wyzwaniem dla jego producentów. Sam wysokostężony nadtlenek wodoru funkcjonował w ówczesnych Niemczech pod kilkoma kamuflującymi nazwami: T-Stoff (Treibstoff), Aurol, Auxilin oraz Ingolin, a jako bezbarwny płyn również dla kamuflażu farbowany był na żółto.

Zasada działania „zimnej” turbiny

Rozkład perhydrolu na tlen i parę wodną następował po zetknięciu się z katalizatorem – nadmanganianem sodu lub wapnia – w wykonanej ze stali nierdzewnej komorze rozpadu (perhydrol był niebezpiecznym, chemicznie agresywnym płynem, powodował silne utlenianie metali i szczególnie reagującym z olejami). W eksperymentalnych okrętach podwodnych perhydrol umieszczony był w otwartych bunkrach poniżej kadłuba sztywnego, w workach z elastycznego tworzywa „mipolam”, przypominającego gumę. Worki podlegały ciśnieniu zewnętrznemu wody morskiej, wtłaczającemu perhydrol do pompy wtryskowej poprzez zawór odcinający. Dzięki takiemu rozwiązaniu w trakcie eksperymentów nie było poważniejszych wypadków z perhydrolem. Napędzana elektrycznie pompa podawała perhydrol poprzez zawór regulacyjny do komory rozpadu. Po zetknięciu z katalizatorem następował rozpad perhydrolu na mieszaninę tlenu i pary wodnej, czemu towarzyszył wzrost ciśnienia do stałej wartości 30 bar i temperatury do 600oC. Pod tym ciśnieniem mieszanina pary wodnej poruszała turbinę, po czym – po skondensowaniu w skraplaczu – uchodziła na zewnątrz, łącząc się z wodą zaburtową, przy czym tlen powodował niewielkie spienianie wody. Zwiększanie głębokości zanurzenia powodowało wzrost oporu wydalania pary poza burtę i tym samym zmniejszenie mocy osiąganej przez turbinę.

Zasada działania „gorącej” turbiny

To urządzenie było bardziej skomplikowane technicznie, m.in. konieczne było zastosowanie ściśle wyregulowanej, potrójnej pompy do jednoczesnego podawania perhydrolu, oleju napędowego i wody (w miejsce zwyczajnego oleju napędowego stosowany był olej syntetyczny, zwany „dekalinem”). Za komorą rozpadu umieszczono porcelanową komorę spalania. Do mieszaniny pary i tlenu, o temperaturze około 600oC, dostającej się pod własnym ciśnieniem z komory rozpadu do komory spalania wtryskiwany był „dekalin”, powodując natychmiastowy wzrost temp. do 2000- -2500oC. Do komory spalania chłodzonej płaszczem wodnym wstrzykiwana była też podgrzana woda, zwiększając ilość pary wodnej i dodatkowo obniżając temperaturę spalin (składających się w 85% z pary wodnej i 15% dwutlenku węgla) z powrotem do 600oC. Mieszanina ta o ciśnieniu 30 bar napędzała turbinę, po czym wydalana była na zewnątrz kadłuba sztywnego. Para wodna łączyła się z wodą zaburtową, a dwutlenek rozpuszczał się w niej już przy głębokości zanurzenia 40 m. Podobnie, jak przy „zimnej” turbinie wzrost głębokości zanurzenia powodował spadek uzyskiwanej mocy turbiny. Napęd na śrubę przekazywany był poprzez przekładnię redukującą obroty, o przełożeniu 20:1. Zużycie perhydrolu dla „gorącej” turbiny było trzykrotnie mniejsze niż dla turbiny „zimnej”.
W 1936 r. Walter zmontował w otwartej hali stoczni Germania pierwszą stacjonarną „gorącą” turbinę, pracującą niezależnie od dostępu powietrza atmosferycznego, przeznaczoną do szybkiego napędu podwodnego U-Bootów, o mocy 4000 KM (ok. 2940 kW).