ПОДВОДНЫЙ БУКСИРУЕМЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B63B21/66 

Изобретение относится к области морской техники, в частности к подводным аппаратам, несущим приборы для обследования грунта и толщи воды, поиска затонувших устройств, разведки полезных ископаемых, экологических исследований и т.д.

Целью изобретения является повышение эффективности эксплуатации путем повышения стабильности хода по дифференту на малых скоростях буксировки.

Поставленная цель достигается тем, что в подводном буксируемом аппарате, содержащем корпус, носовые и кормовые горизонтальные лопасти, хвостовые вертикальные лопасти, установленные на корпусе симметрично диаметральной плоскости аппарата, а также узел подвеса к буксируемому тросу, установленный на верхней части корпуса между упомянутыми горизонтальными лопастями, каждая горизонтальная лопасть выполнена в виде крыла малого удлинения и установлена на верхней части корпуса подводного буксируемого аппарата, причем носовые лопасти установлены с положительным углом атаки, а кормовые с отрицательным, при этом вертикальные хвостовые лопасти расположены за кормовыми горизонтальными лопастями и связаны с корпусом посредством консолей, выполненных цилиндрической формы.

На фиг. 1 изображен подводный буксируемый аппарат вид сбоку; на фиг. 2 вид сверху на фиг. 3 схема приложения внешних сил к подводному аппарату при отсутствии качки и при воздействии на аппарат вертикальной качки судна.

Подводный буксируемый аппарат содержит тяжелый удлиненный корпус 1, узел крепления 2 гибкой связи 3, расположенный сверху корпуса 1 над центром его отрицательной плавучести и примерно над центром площади горизонтальной проекции аппарата.

Узел крепления 2 состоит из концевой капсулы 4, в которой осуществлена силовая заделка гибкой связи 3 и которая размещена между двумя буксирными планками 5, приваренными к корпусу 1, и оси 6, шарнирно соединяющей капсулу 4 с планками 5. Внизу носовой части корпуса 1 закреплен груз 7 для статической балансировки аппарата. Благодаря указанному расположению узла крепления 2 гибкой связи 3 груза 7, а также соответствующему размещению блоков аппаратуры 8 внутри корпуса 1 обеспечивается расположение точки буксировки 0 на одной вертикали с центром отрицательной плавучести аппарата C_оп (т.е. центром приложения равнодействующей силы веса и водоизмещения) и над ним. При этом чем больше расстояние OC_оптем больше восстанавливающий статический момент отрицательной плавучести, стремящийся устранять отклонения аппарата по дифференту.

Подводный аппарат имеет стабилизирующее оперение, состоящее из вертикальных хвостовых разнесенных по сторонам корпуса 1 лопастей 9 и горизонтальных лопастей 10 и 11. Последние выдвинуты вперед относительно вертикальных лопастей 9, закреплены в верхней части корпуса 1 и выполнены в виде двух пар несущих поверхностей малого удлинения ( L/B ≃ 0,5, где L размах, В хорда), равноразнесенных по длине корпуса 1 относительно узла крепления 2 гибкой связи 3. При этом горизонтальные лопасти 10 и 11 установлены на стенках корпуса 1 под нулевым углом атаки, имеют равные площади горизонтальной проекции. Передние лопасти 10 выполнены подъемными за счет размещения на их задних кромках уголков интерцепторов 12 ребром вниз, а задние лопасти 11 выполнены углубляющими за счет такого же размещения интерцепторов 13 ребром вверх. В принципе, возможен и другой способ придания горизонтальным лопастям 10 и 11 соответственно подъемных и углубляющих свойств, например, за счет авиационного профиля и/или установки с соответствующим углом атаки. Возможны также иные соотношения площадей горизонтальных проекций этих лопастей и разнесение их по длине корпуса 1 относительно узла крепления 2 гибкой связи 3 обратно пропорционально отношению этих площадей.

Вертикальные лопасти 9 закреплены на фланцах внешних концов четырех гидродинамически нейтральных консолей 14, у которых нейтральность обеспечивается малой площадью и круговой формой поперечного сечения, при которой величина нагрузки мала и не зависит от угла атаки аппарата. Фланцы внутренних концов консолей 14, в свою очередь, закреплены на стенках корпуса 1 в его кормовой зоне.

В отсутствие качки судна-буксировщика в процессе буксировки подводного аппарата на него набегает встречный поток с постоянной горизонтальной скоростью V₀ (фиг. 3). Возникающая при этом сила лобового сопротивления корпуса X_к линия действия которой отстоит от точки буксировки 0 (в центре оси 6) на высоту h_хсоздает момент кабрирования, стремящийся дифферентовать аппарат на нос. Однако на выдвинутых вперед относительно вертикальных хвостовых лопастей 9 горизонтальных лопастях 10 и 11, разнесенных по длине корпуса 1 относительно оси 6 узла крепления 2 гибкой связи 3 соответственно на расстояния l₁ вперед и l₂ назад, возникают соответственно подъемная Y₁ и углубляющая Y₂ силы, создающие общий компенсирующий момент, противодействующий кабрирующему моменту сопротивления аппарата. При этом влиянием сил сопротивления X₁ и X₂ горизонтальных лопастей 10 и 11 можно пренебречь вследствие того, что линия их действия расположена в верхней части корпуса 1 на малом расстоянии h_л от точки буксировки 0. Также вследствие малости можно не учитывать влияние вертикальных лопастей 9, установленных на гидродинамически нейтральных консолях 14. Таким образом, гидродинамические моменты скомпенсированы и под действием восстанавливающего момента силы отрицательной плавучести P, центр приложения которой C_оп расположен под точкой буксировки 0, аппарат сохраняет нулевой дифферент. При этом внешние силы, воздействующие на аппарат: X_к, P, Y₁ X₁ Y₂, X₂ уравновешиваются силой реакции T₀ гибкой связи 3, приложенной в точке буксировки 0 и мало отклоненной от вертикали в случае тяжелого корпуса 1.

В условиях волнения моря и качки судна-буксировщика возмущения, распространяющиеся вдоль оси гибкой связи 3 от судна к аппарату, достигают последнего и вызывают его перемещения преимущественно в направлении силы T₀ (практически по вертикали). Переменные скорости (±V_y) и ускорения таких перемещений, в свою очередь, приводят к появлению переменных динамических нагрузок на аппарат, приложенных как к корпусу 1 ( (±ΔY_k) так и к горизонтальным лопастям 10 и 11 оперения (±ΔY₁ и ±ΔY₂)
Тем не менее и в динамике сохраняются условия балансировки моментов сил и стабильности дифферента аппарата благодаря тому, что точка буксировки 0 располагается над центром отрицательной плавучести С_оп и примерно над центром площади горизонтальной проекции аппарата, горизонтальные лопасти 10 и 11 стабилизирующего оперения выдвинуты вперед относительно вертикальных хвостовых лопастей 9, расположены в верхней части корпуса 1 и выполнены в виде двух пар несущих поверхностей одинаковой площади, равно-разнесенных относительно узла крепления 2 гибкой связи 3 /точки буксировки 0/ соответственно вперед и назад, а вертикальные лопасти 9 закреплены на гидродинамически нейтральных консолях 14.

Указанная динамическая балансировка аппарата с ростом амплитуд вертикальных перемещений сохраняет свой характер до тех пор, пока при росте углов атаки ±α и результирующей скорости V± не начнется срыв потока с горизонтальных лопастей 10 и 11. Однако благодаря тому, что горизонтальные лопасти 10 и 11 стабилизирующего оперения выполнены в виде несущих поверхностей малого удлинения, выдвинуты вперед относительно вертикальных хвостовых (разнесенных по сторонам корпуса 1) лопастей 9 и поэтому не имеют концевых шайб, диапазон углов безотрывного обтекания горизонтальных лопастей 10 и 11 стабилизирующего оперения существенно возрастает. Последнее способствует тому, что при эксплуатации аппарата может быть повышена допускаемая степень волнения моря при заданном диапазоне скоростей буксировки или расширен диапазон допускаемых скоростей буксировки в сторону малых скоростей при заданном волнении моря.

Сущность изобретения: подводный буксируемый аппарат содержит корпус, носовые и кормовые горизонтальные лопасти, выполненные в виде крыльев малого удлинения и установленные на верхней части корпуса, вертикальные хвостовые лопасти, расположенные за кормовыми горизонтальными лопастями и связанные с корпусом посредством консолей цилиндрический формы, а также узел подвеса к буксирному тросу, установленный на верхней части корпуса между кормовыми и носовыми горизонтальными лопастями. 3 ил.

Подводный буксируемый аппарат, содержащий корпус, носовые и кормовые горизонтальные лопасти, вертикальные хвостовые лопасти, установленные на корпусе симметрично диаметральной плоскости аппарата, а также узел подвеса к буксирному тросу, установленный на верхней части корпуса между упомянутыми горизонтальными лопастями, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности в эксплуатации путем повышения стабильности хода по дифференту на малых скоростях буксировки, каждая горизонтальная лопасть выполнена в виде крыла малого удлинения и установлена на верхней части корпуса, причем носовые лопасти установлены с положительным углом атаки, а кормовые с отрицательным, при этом вертикальные хвостовые лопасти расположены за кормовыми горизонтальными лопастями и связаны с корпусом посредством консолей, выполненных цилиндрической формы.