СПОСОБ "ПРОМЕТЕЙ" РАБОТЫ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ Российский патент 2002 года по МПК B63B3/13 B64C35/00 

Изобретение касается подводных лодок, которые, обладая бортовыми системами и средствами обзора по курсу следования в среде с препятствиями, призваны посещать не только полярные глубины, а и мелководный шельф.

Известны разные способы работы глубоководных аппаратов, разные способы движения подводных лодок и других судов. В том числе способ глиссирования гидросамолета при взлете и посадке в условиях волн, набегающих на поплавковую часть летающего аппарата. Суть этого способа в том, что обзор ведут через лобовое стекло единого фюзеляжа-поплавка. Причем набегающие волны разрушают по курсу следования путем силового воздействия надводными высокоскоростными струями подогретого газа, например воздуха, выбрасываемого с борта глиссирующего судна /патент РФ 2001841, кл. В 64 С 35/00, 1991 г./.

Недостаток такого способа состоит в его непригодности для плавания под водой: слишком высока охлаждающая способность водной среды для нагретой воздушной струи. Изначальная температура этой струи ~ 1000^oС. Тепловая энергия сразу иссякает. Значит, малая дальнобойность струи, нельзя разрушить такую твердую преграду как торос. Хотя бы значительно оплавить его...

Вместе с тем, известен проект подводной лодки, имеющей корпус особой конструкции и формы спереди. Такой корабль приспособлен к посещению полярного мелководья, причем в среде с препятствиями. Лодка для ориентации в такой среде оснащена гидролокатором, что на малогабаритном носовом выступе-роботе, и средствами для визуального обзора /смотровой колпак на корпусе сверху, прозрачные оконечности из многослойного прозрачного материала/. Сочленение тут обитаемого корпуса лодки с носовым выступом-роботом не предусматривает монтажный разъем.

Особенность способа работы этого корабля состоит в том, что когда на мелководье заходят под ледовое поле, когда коридор оказывается узкий, курсовой гидролокатор перестает действовать, выбор наиболее безопасного и наименее энергоемкого пути осуществляют посредством не акустичестического просвечивания среды, а за счет визуального осмотра с борта. Малогабаритность поперечная упомянутого носового выступа позволяет при этом лучше нацеливаться на проход, ориентироваться на выступ из колпака.

В случае же неотвратимости жесткого ударного контакта с твердым препятствием, ход сбавляют и производят силовое воздействие на преграду наиболее прочными частями обитаемого корпуса / см. формулу и графику - патент РФ 2081022, кл. 6 В 63 В 3/13 и В 63 G 8/00, 1993 г./.

Недостаток способа-прототипа заключается в ограниченной видимости по курсу в условиях плавания ночью, в опасности разбить носовой выступ-робот о препятствие в подледной тьме или сверху об острый и твердый "ледяной киль", или снизу о неровности каменистого дна. Актуальность проблемы в чрезвычайной длительности полярной ночи.

Не многим лучше может быть положение лодки, оказавшейся на мелководном шельфе летним днем в шторм. В местах, где грунт илистый. Прозрачность возбужденной водной среды в таком случае почти "нулевая"... К тому же, не так просто наносить точные удары по крупному ледовому сталактиту единым лодочным корпусом в тесноте.

Целью предлагаемого способа сочленения подводной лодки в среде с препятствиями, когда глубины малые и видимость под водой через смотровые средства борта пропадает на длительный период, состоит, во-первых, в защите обитаемой части лодочного корпуса с носовых румбов за счет выступающего вперед некоего робота с небольшими поперечными размерами. Во-вторых, в повышении проходимости подводного корабля по обширному полярному шельфу и в штормовую погоду, и при долгой зимней тьме. Причем с ослаблением жестких ударов, с сокращением числа таких ударных нагрузок на обитаемый корпус. Преследуется так же цель выполнения подлодкой спасательных и других работ в таких непростых условиях.

Задачей в достижении поставленной цели является:
- коротковременное освещение подводной зоны по курсу следования,
- полное или частичное дистанционное разрушение твердой преграды после избрания оптимального пути /оплавление льдины, к примеру/,
- возложение этих операций на носовой выступ лодки, на котором нет людей,
- придание выступу-роботу неких движений /как перед атакой на преграду, так и в чрезвычайных обстоятельствах.

Цель, по мнению автора разработки, достигается тем, что в известном способе работы подводной лодки в среде с препятствиями, когда видимость под водой перед смотровыми средствами корабля пропадает, так, что перестают смотреться носовые горизонтальные рули, условия для проходки осложнены, а набегающие токи сперва встречаются с носовым малогабаритным роботом подлодки и потом уж со смотровыми средствами на обитаемом корпусе, перед входом подводной лодки в среду с препятствиями ее носовому роботу придают функции энергомодуля с отрицательной плавучестью и возможностью обособленных движений в тангажных направлениях.

Причем когда возникает угроза слепого движения лодки и столкновения ее с твердой преградой, из модуля навстречу набегающему потоку производится кратковременный выброс высокоскоростной струи сильно разогретого парогаза.

Эту струю наделяют энергией, обеспечивающей как дальнобойность струи с уменьшением хода подлодки за счет реактивной отдачи, так и свойства ярко светящегося в водной среде факела, озаряющего курсовую зону путем сжигания ракетного топлива в забортной среде. Причем после выбора оптимального курса дальнейшего движения корабля и неотвратимости встречи с особо массивной твердой преградой, направляют подлодку по азимутальному направлению, а маленький модуль вместе со струей - по тангажу. При этом в случае аварийной ситуации с модулем-роботом, последний мгновенно отчленяют от обитаемого корабля.

Для смены модуля не требуется возвращения на базу, ежели недалеко судно сопровождения. Это видно на конкретном примере. Графическое изображение подводной лодки, действующей по предлагаемому способу, представлено на чертежах. На фиг.1 показано схематичное продольное сечение носовой оконечности лодки с модулем-роботом, на фиг. 2 - вид этой оконечности в плане, на фиг.3 - действие подлодки при прокладке борозды в каменистом грунте под неким аварийным судном, лежащим на дне шельфа, на фиг. 4 - поперечное сечение модуля.

Обитаемая носовая оконечность 1 /фиг.1/ подводной лодки /ПЛ/ сверху имеет смотровой колпак "О", а спереди - многослойную прозрачную обечайку "Л". Она завершена выпуклой /цилиндроподобной/ бронестенкой "Б" прочного корпуса. В качестве образующей цилиндрической поверхности тут служит силовая трубчатая ось 2 /фиг.2/. Она перпендикулярна диаметральной плоскости и существенно развита по диаметру, поскольку внутри оси с выходом на оба среза находятся приводы носовых горизонтальных рулей 3. Та же ось на серединном участке охвачена бронзовыми втулками.

Модуль-робот 4 /фиг. 1/ своей продольной, чертежной осью при исходном положении продолжает ось обитаемого корпуса ПЛ. При этом на модульной оси лежит труба 5. Сверху и внизу она стыкуется с продольной броневой переборкой "П" /фиг. 4/. Труба выполнена в виде круглого цилиндра и проточна. Входной патрубок "У" трубы встроен в заднюю стенку "С" модуля, что видно на фиг. 1 и 2.

Упомянутая задняя стенка цилиндроподобна и внешне вогнута. Тем самым обеспечивается сопряжение с бронестенкой обитаемого корпуса. Между обеими стенками выдерживается зазор "Д". Выдерживается он помощью "полуподшипников" 6, встроенных в заднюю стенку модуля. Они своими вогнутыми цилиндрическими поверхностями скольжения упираются в бронзовые втулки силовой оси.

Такое сочленение тяжеловесного небольшого модуля-робота и крупного плавучего корпуса ПЛ позволяет осуществлять управляемые движения указанного лодочного выступа в диаметральной плоскости по команде с обитаемого борта. При этом удержание робота на продольной оси лодки, отклонения по углу вверх и вниз до 0,5 • α ~15^o и аварийное отчленение обеспечивает особый тросовый механизм 7 /см. фиг.1/.

В цепи данного механизма для этого предусмотрены: несколько параллельных тросов, натяжник-регулятор "Р" и узел аварийного сброса "А"... Внешняя жесткая оболочка модуля обладает обтекаемой формой и находится в зоне визуального обзора впередсмотрящего, который постоянно пребывает у смотрового колпака.

Выходная дюза "Ю" трубы плотно охвачена модульной обечайкой и с круговым зазором-эжектирующим сопловым насадком 8. Этот насадок при помощи очень прочных горизонтальных выступов "Н" крепится к оболочке модуля. Эти выступы защищают носовые рули ПЛ от встречных льдин. В бортовых же отсеках робота размещены топливные баллоны высокого давления. Газообразный сжатый кислород - по одну сторону продольной переборки, а сжатый водород - по другую сторону.

В тракте трубы размещены две камеры сгорания. Камера 9 первичного горения выполнена полузамкнутой. Ее закрытый торец обращен к входному патрубку задней стенки и по диаметру эта камера меньше трубного тракта. На выходе из камеры первичного горения находится камера "М" вторичного горения, между ними - торцевой зазор "Ц". Он связан с кольцевым пространством, что охватывает наружную поверхность первой камеры, и с патрубком.

Вторая камера больше первой. Ее диаметр совпадает с диаметральным размером трубы. Топливные баллоны подключены к камере первичного горения посредством отсечных клапанов 10-11 /фиг.2/ Форсунки и запальник тут условно не показаны. Вторая ж камера содержит полный заряд твердого горючего: смесью из мельчайших частиц алюминия и магния облицованы камерные стенки с внутренней поверхности. При этом дюза постоянно открыта, а в патрубке предусмотрен обратный клапан 12. Причем дюза по сечению больше патрубка.

При движении ПЛ в среде без подводных преград, когда видимость по курсу в норме, модуль-робот 4 /фиг. 1/ пребывает в исходном положении и его струйная установка бездействует. Сопловой насадок 8 и кольцевая щель, что между обитаемым корпусом и модулем снаружи и связана с зазором "Д", из-за малости модульных габаритов не создает ощутимого сопротивления ходу корабля. Тросовый механизм 7, преодолевая силу тяжести робота, удерживает последний в походном положении. Полуподшипники 6 передают усилие оси 2. Корабль следует полным ходом.

Когда же ПЛ сближается с льдами и оказывается на мелководье, ход судна сбавляют. С ухудшением видимости кратковременно включается струйная установка. Клапаны 10-11 /фиг.2/ открывают дистанционно с опережением по кислороду. Он вдувается в полость первой камеры и своим давлением вытесняет холодную воду в соседнюю камеру. Запальник подает искру и водород воспламеняется. Перегретый водяной пар начинает беспрестанно истекать в центральный канал камеры вторичного горения. Туда же эжектируются водяные пары из кольцевого пространства. Обратный клапан периодически приоткрывается и пополняет это пространство забортной холодной водой, которая охлаждает стенки первой камеры и вскипает.

Тем временем перегретый водяной пар, волнами поступая в полость второй камеры, действует как окислитель металлического горючего. Из дюзы импульсами истекает струя парогаза, которая на выходе из второй камеры обладает температурой 3000^oС. Факел "Ф" /фиг.2/ состоит из высокотемпературного ядра (состояние "холодной плазмы") и "рубашки" водяных паров. В организации этой рубашки участвует сопловой насадок. Почти солнечный свет от факельного ядра пронизывает лучами пар и образует приятное для глаз наблюдателя освещение зоны по курсу. Ситуация становится ясной, и струю гасят.

Так можно выбрать менее опасный и не очень энергоемкий маршрут. Очередным включением дальнобойной струи есть возможность оплавить твердый торос, смягчить удар при необходимости пробития прохода. Для этого перед включением струйной установки надо будет нацелить ось модуля на основание препятствия. По азимуту задача решается разворотом подлодки, по тангажу - путем углового перемещения модуля в диаметральной плоскости за счет натяжения тросов регулятором "Р".

Высокотемпературная вибрирующая струя сможет при необходимости проделать траншею в дне шельфа, разделать устье в грунте при наклонном бурении, как это показано на фиг.3. Словом, расширить область использования подлодок военного назначения в мирное время... Причем без опасности для экипажа. Ну а если произойдет авария на самом модуле-роботе?
В этом случае предусмотрена возможность экстренно освободиться от малогабаритной и недорогой в изготовлении приставки. Здесь достаточно будет работать помощью узла аварийного сброса "А". Скажем, за счет дистанционного включения пиропатрона можно мгновенно разогреть калиброванную шейку разрывного болта, находящегося под нагрузкой тросов, что удерживают модуль в лодочном составе.

Болт разрушится по месту указанной шейки и освободит тросы. Затяжеленный робот тотчас вывалится из своего гнезда посредством своих полуподшипников 6 и пойдет ко дну. Подлодка, облегченная с носа, рыскнет в первый момент своей передней частью вверх, не последует за модулем. Экипажу не надо будет спасаться, рисковать. .. Люди останутся на рабочих местах. Остается произвести дифферентовку подлодки и лечь на обратный курс.

Ход корабля не станет много меньше. Ведь бронестенка при аварии не утратит выпуклости. К тому же, поперечные размеры этой стенки небольшие, ее можно выполнить очень прочной. Поверхности прозрачной обечайки корпуса весьма наклонены и к набегающему потоку, и к центру запредельного удара с носа, некоего взрыва...

Носовые горизонтальные рули продолжат работу, хотя и не будут так защищены, как при модуле. Тем более, когда действовала его струйная установка. Мощная струя эжектирует воду с поверхности прозрачной обечайки, что видно на фиг. 2 по пунктирным стрелкам. Отсюда плавующие обломки льда отводятся от рулей 3 не только выступами "Н".

Очевидно, что легкая сменяемость модуля-робота открывает возможность для представления одной подлодки в разных вариантах, делает корабль многоцелевым в широком смысле. Она может выступать в боевом виде, а при необходимости как спасатель, плавсредство для ведения хозяйственных задач /фиг.3/, прокладывать траншею в шельфе своей струей и выполнять другие работы, что важно для BМС в мирное время...

Этот способ работы подводной лодки придаст кораблю новые свойства, не ухудшая уже применяющиеся.

Изобретение относится к области судостроения, к подводным судам в частности. Способ работы предназначен для работы в подводной среде с препятствиями в условиях плохой видимости. Сущность способа заключается в визуальном осмотре впереди лежащей зоны следования подводного судна и освещении ее с помощью струи перегретого парогаза из носового модуля-робота подводной лодки. В случае возникновения аварийной ситуации модуль-робот мгновенно отчленяют от подводной лодки. Результатом использования данного способа является повышение безопасности плавания подводных судов в условиях ограниченной видимости и присутствия под водой различных преград, а также придание подводным судам многофункциональности. 4 ил.

Способ работы подводной лодки в среде с препятствиями, когда видимость под водой пропадает, отличающийся тем, что при потере видимости под водой производят сначала импульсный выброс дальнобойной струи перегретого парогаза из дюзы носового модуля-робота подводной лодки по курсу следования для освещения подводной зоны, причем когда возникает угроза столкновения с преградой, то упомянутые импульсы повторяются до полного или частичного разрушения преграды, причем в случае аварийной ситуации с модулем-роботом последний мгновенно отчленяют от обитаемой части подводной лодки.