МНОГОРЕЖИМНАЯ ПАРОГАЗОВАЯ ТОРПЕДА Российский патент 2002 года по МПК F42B19/00 

Изобретение относится к области вооружения, в частности к торпедному оружию, и может быть использовано в парогазовых торпедах.

Известны однорежимные парогазовые торпеды, включающие резервуары для горючего и воздуха, систему управления и двигатель, соединенный с резервуарами для горючего и воздуха через парогазогенератор [см. Г.М. Подобрий, В.С. Белобородый, В. В. Халимов, А. И. Носов: Теоретические основы торпедного оружия, М. , Воениздат, 1969, стр.107]. Основным достоинством таких торпед является простота их конструкции и дешевизны используемых энергоносителей. Однако решения - аналоги имеют ряд недостатков, ограничивающих боевое применение таких торпед. Основным недостатком является ограниченная дальность хода торпеды, что обусловлено небольшим содержанием кислорода в воздухе, используемом в решениях-аналогах в качестве окислителя (количество кислорода в 1 кг воздуха составляет 232 г) - [см. вышеуказанный источник, стр.118]. Кроме того, один режим работы двигательной установки торпеды ограничивает возможности систем самонаведения торпед, так как большая скорость хода торпеды сопряжена с недопустимо большим акустическими шумами, препятствующими приему системой самонаведения торпеды слабых акустических сигналов цели.

Отмеченные недостатки частично устранены в многорежимной парогазовой торпеде, содержащей резервуары для горючего и воды, систему управления и двигатель, соединенный с выходом резервуара для окислителя, через парогазогенератор [Г. М. Подобрий, В.С. Белобородый, В.В. Халимов, А.И. Носов: Теоретические основы торпедного оружия. М., Воениздат, 1969, с.145] - прототип.

В техническом решении - прототипа в качестве окислителя используется кислород. Это позволяет при одинаковом с решением-аналогом объеме резервуара для окислителя иметь кислорода для окисления горючего в пять раз больше, что обеспечивает возможность увеличения дальности хода торпеды. Многорежимность работы двигательной установки позволяет двигаться торпеде на большой скорости при сближении с точкой возможного нахождения цели и осуществлять движения на малошумной скорости при поиске цели системой самонаведения.

Однако недостаточная дальность хода торпеды-аналога в указанном техническом решении-прототипе устраняется не в полной мере. Использование запаса окислителя приводит к прекращению работы парогазогенератора и, следовательно, двигателя торпеды.

Задачей заявляемого изобретения является устранение отмеченного недостатка, а именно обеспечение возможности функционирования двигательной установки торпеды при израсходовании бортового запаса окислителя для увеличения дальности хода торпеды.

Технический результат достигается тем, что в многорежимную парогазовую торпеду, включающую резервуары для горючего, окислителя и воды, систему управления и двигатель, соединенный с выходом резервуара для окислителя через парогазогенератор, дополнительно включены обтекаемый выдвижной воздухозаборник с механизмами его выдвижения и возврата, нагнетатель, первое и второе устройства, ограничители подачи горючего и воды, привод механизма воздухозаборника и нагнетателя, блок изменения глубины хода торпеды, шесть блоков И, два блока ИЛИ и два блока НЕ, причем второй вход парогазогенератора соединен с выходом резервуара для горючего через первый блок И, ограничитель подачи горючего и первый блок ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом резервуара для горючего через второй блок И, третий вход парогазогенератора соединен с выходом резервуара для воды через третий блок И, ограничитель подачи воды и второй блок ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом резервуара для воды через четвертый блок И, вход резервуара для окислителя соединен с выходом блока изменения глубины хода торпеды через пятый блок И, воздухозаборник, шестой блок И и нагнетатель, вход блока изменения глубины хода торпеды соединен с выходом резервуара для окислителя через первое пороговое устройство и первый блок НЕ, выход двигателя соединен со вторыми входами пятого и шестого блоков И через привод механизмов воздухозаборника и нагнетателя. Вторые входы первого и третьего блоков И соединены с выходом нагнетателя через второе пороговое устройство, вторые входы второго и четвертого блоков И соединены с выходом второго порогового устройства через второй блок НЕ, при этом порог включения первого порогового устройства установлен выше порога его отключения, а второе пороговое устройство выполнено с блокировкой отключения устройства после его включения.

Идея предложенного технического решения заключается в нагнетании в резервуар для окислителя воздуха через выдвижной воздухозаборник после того, как запас окислителя - чистого кислорода будет на исходе. Так как соотношение между горючим и окислителем в парогазовой торпеде определяется из зависимости [см. вышеуказанный источник, стр. 120]:

где v_ок - количество окислителя, необходимое для сжигания 1 кг горючего;
С_г, С_ок - соответственно количество углерода на 1 кг горючего и 1 кг окислителя;
Н_г, Р_ок - соответственно количество водорода на 1 кг горючего и 1 кг окислителя;
О_г, О_ок - соответственно количество кислорода на 1 кг горючего и 1 кг окислителя.

Для торпедного керосина, используемого в парогазовых торпедах в качестве горючего, v_ок=14,6, если в качестве окислителя используется воздух. Если же окислителем служит чистый кислород, то v_ок=3,358. Это указывает на возможность увеличения бортовых запасов горючего и воды на торпеде за счет уменьшения бортового запаса окислителя. Недостающий окислитель в предлагаемом решении берется из атмосферного воздуха, который в конце дистанции хода торпеды нагнетается в резервуар для окислителя через выдвижной воздухозаборник. Указанное решение целесообразно реализовать именно в парогазовых торпедах, так как только такие торпеды могут применяться для поражения неподвижных прибрежных целей (кораблей у причалов, причальных сооружений, гидротехнических устройств и т.д.), когда приоритет отдается дальности хода торпеды, а не ее скорости или скрытности хода торпеды.

При использовании торпед для поражения надводных целей глубина ее хода составляет порядка 5-7 м. На больших глубинах использование парогазовых торпед нерационально из-за большого противодавления для отработавшей парогазовой смеси, являющегося причиной резкого снижения мощности двигателя парогазовой торпеды.

Покажем существенность отличительных признаков.

Введение в состав торпеды воздухозаборника и выполнение его обтекаемым и выдвижным является новым решением. Оно обеспечивает доступ в торпеду атмосферного воздуха. При длине торпеды без боевой части порядка 6 м и откидывание жесткой трубы воздухозаборника на угол 45^o от оси торпеды обеспечивает доступ воздуха в торпеду при глубине ее хода 4,5 м. Если же воздухозаборник выполнить телескопическим, то глубина хода торпеды может быть увеличена.

Введение в состав торпеды нагнетателя, первого и второго пороговых устройств является новым решением. Оно обеспечивает заполнение резервуара для окислителя при его опорожнении сжатым воздухом. При этом ввод первого порогового устройства и установление его порога включения выше порога выключения обеспечивает регистрацию факта израсходования запаса окислителя, после чего необходимо его пополнение воздухом из атмосферы, а также обеспечивает возможность "накачки" воздуха в резервуар для окислителя в диапазоне давлений от величины порога отключения порогового устройства до величины порога его включения. Выполнение второго порогового устройства с блокировкой его отключения после включения обеспечивает постоянное включение ограничителей подачи горючего и воды в парогазогенератор при переходе на режим работы двигательной установки торпеды с использованием атмосферного воздуха в качестве окислителя.

Введение в состав торпеды ограничителей подачи горючего и воды и связь их с резервуарами для горючего и воды является новым решением. Они обеспечивают оптимальное соотношение подаваемых в парогазогенератор объемов горючего, окислителя и воды при переходе с чистого кислорода на воздух в качестве окислителя. Если при переходе на воздух не ограничить подачу горючего в парогазогенератор, то горючее из-за нехватки кислорода в воздухе будет сгорать не полностью. Кроме того, в кислороде-окислителе температура парогаза выше, чем в воздухе [см. вышеуказанный источник, стр.131], поэтому для получения парогаза заданной температуры приходится снижать подачу воды при переходе на воздух в качестве окислителя.

Введение в состав торпеды привода механизмов воздухозаборника и нагнетателя является новым решением. Оно обеспечивает управление выдвижением и возвратом воздухозаборника и работу нагнетателя при выдвинутом воздухозаборнике.

Введение в состав торпеды блока изменения глубины хода торпеды является новым решением. В решениях-аналогах глубина хода торпеды может изменяться по жесткой программе. В предложенном же решении глубина хода изменяется в случае израсходования запаса окислителя на борту торпеды до величины, обеспечивающей доступ торпеды к атмосферному воздуху. В случае "накачки" воздухом резервуара для окислителя до установленного значения давления в нем глубина хода торпеды вновь изменяется до первоначального значения.

Введение в состав торпеды шести блоков И, двух блоков ИЛИ и двух блоков НЕ и связь их с другими блоками торпеды являются новым решением, оно обеспечивает функционирование торпеды при переходе на новый режим - режим использования атмосферного воздуха в качестве окислителя.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема многорежимной парогазовой торпеды.

Схема на чертеже содержит:
блок 1 - резервуар для окислителя,
блок 2 - резервуар для горючего,
блок 3 - резервуар для воды,
блок 4 - система управления,
блок 5 - парогенератор,
блок 6 двигатель.

Блоки 1-6 характеризуют прототип. Дополнительно к блокам 1-6 в торпеду введены новые блоки:
Блок 7 - блок изменения глубины хода торпеды. В качестве такого блока может использоваться блок, аналогичный одной из многочисленных систем управления режимами работы механизмов, в том числе частот системы управления режимами работы двигательной установки, описанной в [Авиационное оборудование /Ю. А. Андриевский, Ю.В. Воскресенский, Ю.П. Доброленский и др. / Под ред. Ю.П. Доброленского. М., Воениздат, 1989, с. 66-70].

Блок 8 - обтекаемый выдвижной воздухозаборник с механизмами его выдвижения и возврата. В качестве него может быть использован блок, аналогичный шнорхелю - выдвижному устройству подводной лодки, обеспечивающему работу дизелей в подводном положении на перископной глубине, такое устройство в Российском Флоте имеет аббревиатуру РДП [см. Просолов С.Н., Амитин М.Б. Устройство подводных лодок. М., Воениздат, 1973, с. 273-274].

Блок 9 - ограничитель подачи горючего.

Блок 10 - ограничитель подачи воды. В качестве блоков 9 и 10 могут применяться известные ограничители расхода газа и жидкости: дросселирующие шайбы, калиброванные отверстия в трубопроводе и пр.

Блок 11 - нагнетатель. В качестве него может использоваться нагнетатель воздуха - компрессор, используемый в авиации. Подобные компрессоры имеют большую производительность при малых габаритах [Авиационное оборудование /Ю. А. Андриевский, Ю.В. Воскресенский, Ю.П. Доброленский и др./ Под ред. Доброленского - М., Воениздат, 1989, с.178].

Блок 12 - привод механизмов воздухозаборника и нагнетателя. В качестве такого привода может быть использован один из известных в технике гидравлический, пневматический или электрический привод. Описание таких приводов [см. вышеуказанный источник, с. 48-55].

Блоки 13 и 14 - соответственно первое и второе пороговые устройства. В качестве их могут использоваться известные датчики давления, описанные, например, в [см. вышеуказанный источник, стр.179]. Блоки 13 и 14 отличаются величиной уставок порогов срабатывания. Кроме того, блок 14 выполнен с блокировкой отключения после его включения.

Блоки 15-20 - соответственно первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки И с двумя входами. Блоки 15-18 выполняют функцию клапана [см. В.М. Шляндин: "Элементы автоматики и счетно-решающие устройства", "Машиностроение", М. , 1967., стр.255]. Описание таких неэлектронных логических блоков, выполненных преимущественно на шариковом элементе и применяемых в том числе и в пневмо- и гидроавтоматике парогазовых торпед, а также их элементная база приведены, в частности в ["Элементы и системы пневмоавтоматики": Корнилова Ю.Г., Булгаков Б.Б., Толстов В.М., "Технiка", Киев, 1968, стр. 43-45] . В случае использования в качестве блока 12 гидравлический или пневматический привод механизмов воздухозаборника и нагнетателя логические блоки 19 и 20 также могут представлять собой клапаны.

Блоки 21 и 22 - соответственно первый и второй блоки ИЛИ с двумя входами.

Блоки 23 и 24 - соответственно первый и второй блоки НЕ. Блоки 21-24 так же, как и блоки 15-18 выполнены на элементной базе логических элементов, применяемых в пневмо- и гидроавтоматике.

Устройство работает следующим образом. При неизрасходованном бортовом запасе окислителя в резервуаре для окислителя 1 давление достаточно большое, чтобы на выходах резервуара 1 и соединенного с ним первого порогового устройства 13 присутствовал сигнал. При этом на выходе первого блока НЕ сигнал отсутствует, что приводит к отсутствию сигналов на выходах блоков: блока И 19, воздухозаборника 8, шестого блока И 20, нагнетателя 11, второго порогового устройства 14. Поэтому на входах первого 15 и третьего 17 блоков И сигнал отсутствует, а на вторых входах второго 16 и четвертого 18 блоков И - присутствует. В этом случае в парогазогенератор 5 через его первый вход подается окислитель из резервуара для окислителя 1. Через второй вход парогазогенератора 5 в него подается горючее из резервуара для горючего 2 по цепи: выход резервуара 2, второй блок И 16, первый блок ИЛИ 21, второй вход парогазогенератора 5. Через третий вход парогазогенератора 5 в него подается вода по цепи: выход резервуара 3, четвертый блок И 18, второй блок ИЛИ 22, третий вход парогазогенератора 5. Парогазовая смесь с выхода парогазогенератора 5 поступает на вход двигателя 6, обеспечивая его работу и движение торпеды в режиме, установленном системой управления 4. В решении-прототипе при израсходовании запаса окислителя на первом входе парогазогенератора 5 сигнал исчезает, и функционирование схемы прекращается. В предложенном техническом решении при снижении давления окислителя ниже порога отключения первого порогового устройства 13 на выходе последнего сигнал исчезает, что приводит к появлению сигнала на выходе первого блока НЕ 23, который поступает на вход блока изменения глубины хода торпеды 7, установленного в системе управления 4. Начинается измерение глубины хода торпеды. Когда глубина хода станет равной установленному значению, на выходе блока 7 появится сигнал. В торпедах для измерения глубины хода применяются устройства с использованием мембран и сильфонов [см., например, Г.М. Подобрий, В.С. Белобородый, В.В. Халимонов, А. И. Носов: Теоретические основы торпедного оружия, М., Воениздат, с. 220]. Эти элементы преобразуют гидростатическое давление в механическое перемещение, такой сигнал в виде механического перемещения сильфона передается на первый вход, пятого блока И 19 (например, штока клапана, функцию которого выполняет данный блок). При этом сигнал с выхода двигателя 6 через привод механизмов воздухозаборника и нагнетателя 12 (например, в виде давления рабочей жидкости гидросистемы гидропривода) поступает на второй вход пятого блока И 19. Поэтому этот сигнал через пятый блок И 19 поступит на вход воздухозаборника 8, вызывая его выдвижение. После окончания выдвижения воздухозаборника 8 на его выходе появится сигнал, который поступит на первый вход шестого блока И 20, позволив сигналу с выхода привода механизмов воздухозаборника и нагнетателя 12 через второй вход шестого блока И 20 поступить на вход нагнетателя 11. Нагнетатель 11 начинает накачивать воздух из атмосферы через выдвинутый воздухозаборник 8 в резервуар для окислителя 1. Когда противодавление в резервуаре 1 повысится до порога включения второго порогового устройства 14, последнее сработает и на его выходе появится сигнал. Этот сигнал поступает на вторые входы первого 15 и третьего 17 блоков И, а также на вход второго блока НЕ 24, вызывая исчезновение сигнала на выходе последнего. Поэтому горючее из резервуара 2 будет поступать в парогазогенератор 5 по цепи: выход резервуара 2, первый блок И 15, ограничитель подачи горючего 9, первый блок ИЛИ 21, второй вход парогазогенератора 5. Вода из резервуара 3 в парогазогенератор 5 будет поступать по цепи: выход резервуара 3, третий блок И 17, ограничитель подачи воды 10, второй блок ИЛИ 22, третий вход 5. Пополнение резервуара для окислителя 1 воздухом будет происходить до тех пор, пока давление на его выходе не превысит порог включения первого порогового устройства 13. В этом случае на выходе последнего появится сигнал, а на выходе первого блока НЕ 23 сигнал исчезнет. Это приведет к исчезновению сигнала на входе блока изменения глубины хода торпеды 7, что повлечет за собой исчезновение сигналов на входах воздухозаборника 8 и нагнетателя 11. Воздухозаборник 8 под действием механизма его возврата вернется в начальное невыдвинутое состояние, а нагнетатель 11 остановится. Торпеда вернется на прежнюю глубину хода. При этом по-прежнему будет присутствовать сигнал на выходе второго порогового устройства 14, так как оно выполнено с блокировкой отключения. Следовательно, подача горючего и воды в парогазогенератор 5 будет осуществляться через соответствующие ограничители 9 и 10. Процесс подвсплытия торпеды на глубину ее хода, обеспечивающую забор воздуха из атмосферы, и "накачка" воздухом резервуара для окислителя 1 повторится, когда давление в данном резервуаре опять снизится до значения порога отключения первого порогового устройства 13.

Таким образом, на основе анализа структуры и функционирования схемы предложенного технического решения можно заключить, что многорежимная парогазовая торпеда, в которой реализовано данное решение, обладает преимуществами, отвечающими поставленной задаче: обеспечение возможности функционирования двигательной установки торпеды при израсходовании бортового запаса окислителя, и, тем самым, увеличение дальности хода торпеды.

Предложение реализовано в виде имитационной модели, подтвердившей при ее испытания на ЭВМ существенное повышение дальности хода торпеды.

Изобретение относится к торпедному оружию. Технический результат - увеличение дальности хода торпед без увеличения объема бортовых запасов горючего, окислителя и воды. Для этого в известной многорежимной парогазовой торпеде, включающей резервуары для горючего, окислителя и воды, систему управления и двигатель, соединенный с выходом резервуара для окислителя через парогазогенератор, дополнительно включены обтекаемый выдвижной воздухозаборник с механизмами его выдвижения и возврата, нагнетатель, первое и второе пороговые устройства, ограничители подачи горючего и воды, привод механизмов воздухозаборника и нагнетателя, блок изменения глубины хода торпеды, шесть блоков И, два блока ИЛИ и два блока НЕ. Причем второй вход парогазогенератора соединен с выходом резервуара для горючего через первый блок И, ограничитель подачи горючего и первый блок ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом резервуара для горючего через второй блок И. Третий вход парогазогенератора соединен с выходом резервуара для воды через третий блок И, ограничитель подачи воды и второй блок ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом резервуара для воды через четвертый блок И. Вход резервуара для окислителя соединен с выходом блока изменения глубины хода торпеды через пятый блок И, воздухозаборник, шестой блок И и нагнетатель. Вход блока изменения глубины хода торпеды соединен с выходом резервуара для окислителя через первое пороговое устройство и первый блок НЕ. Выход двигателя соединен со вторыми входами пятого и шестого блоков И через привод механизмов воздухозаборника и нагнетателя. Вторые входы первого и третьего блоков И соединены с выходом нагнетателя через второе пороговое устройство, вторые входы второго и четвертого блоков И соединены с выходом второго порогового устройства через второй блок НЕ, при этом порог включения первого порогового устройства установлен выше порога его отключения, а второе пороговое устройство выполнено с блокировкой отключения устройства после его включения. 1 ил.

Многорежимная парогазовая торпеда, включающая резервуары для горючего, окислителя и воды, систему управления и двигатель, соединенный с выходом резервуара для окислителя через парогазогенератор, отличающаяся тем, что в нее дополнительно включены обтекаемый выдвижной воздухозаборник с механизмами его выдвижения и возврата, нагнетатель, первое и второе пороговые устройства, ограничители подачи горючего и воды, привод механизмов воздухозаборника и нагнетателя, блок изменения глубины хода торпеды, шесть блоков И, два блока ИЛИ и два блока НЕ, причем второй вход парогазогенератора соединен с выходом резервуара для горючего через первый блок И, ограничитель подачи горючего и первый блок ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом резервуара для горючего через второй блок И, третий вход парогазогенератора соединен с выходом резервуара для воды через третий блок И, ограничитель подачи воды и второй блок ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом резервуара для воды через четвертый блок И, вход резервуара для окислителя соединен с выходом блока изменения глубины хода торпеды через пятый блок И, воздухозаборник, шестой блок И и нагнетатель, вход блока изменения глубины хода торпеды соединен с выходом резервуара для окислителя через первое пороговое устройство и первый блок НЕ, выход двигателя соединен со вторыми входами пятого и шестого блоков И через привод механизмов воздухозаборника и нагнетателя, вторые входы первого и третьего блоков И соединены с выходом нагнетателя через второе пороговое устройство, вторые входы второго и четвертого блоков И соединены с выходом второго порогового устройства через второй блок НЕ, при этом порог включения первого порогового устройства установлен выше порога его отключения, а второе пороговое устройство выполнено с блокировкой отключения устройства после его включения.