ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ С ЧАСТИЧНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ПЛАВУЧЕСТИ Российский патент 2004 года по МПК B63G8/22 

Изобретение относится к области подводных судов, и в частности к подводным аппаратам с регулируемой остаточной плавучестью.

Для эффективного управления в подводном положении и обеспечения самостоятельного всплытия в надводное положение в аварийных случаях подводные аппараты в подводном положении имеют относительно небольшую остаточную положительную плавучесть. Известно, что увеличение остаточной положительной плавучести затрудняет управление подводным аппаратом в подводном положении, а ее уменьшение, а тем более полная компенсация может привести в аварийных случаях к потери подводного аппарата из-за невозможности всплытия в надводное положение.

Известен глубоководный подводный аппарат, содержащий систему стабилизации его плавучести, включающую резервуары плавучести, выполненные в виде прочного корпуса, заполненного газом, соединенные трубопроводами с электромагнитными клапанами между собой и с забортной средой. Каждый резервуар плавучести снабжен разделительной эластичной диафрагмой, размещенной внутри прочного корпуса (патент Российской Федерации 1543778, МПК 5 В 63 G 8/24, опубл. 27.10.99 г. в БИ 30).

Известный глубоководный подводный аппарат значительно утяжелен из-за выполнения резервуаров прочными.

Известен подводный аппарат, выполненный в виде подводного устройства, содержащий систему управления остаточной плавучестью, дифферентом и креном, включающую по крайней мере три полости для изменения плавучести за счет приема и сброса забортной воды, которая находится в упомянутых полостях под избыточным по отношению к забортному давлением за счет газа, находящегося в объеме полостей, при этом полости разнесены на корпусе транспортного подводного устройства для обеспечения создания моментов по крену и дифференту, при этом каждая полость сообщена с забортной средой через соответствующий клапан сброса воды и снабжена насосным агрегатом с невозвратным клапаном для приема воды в полость (патент Российской Федерации 2185304, МПК 7 В 63 G 8/22, 8/26, опубл. 20.07.2002 г. в БИПМ 20 - прототип).

Недостатками известного подводного аппарата, содержащего систему управления остаточной плавучестью, являются относительные сложность и большой вес системы управления остаточной плавучестью, в связи с оборудованием ее устройствами для хранения газа высокого давления, запорной арматурой и использованием газа высокого давления для удаления забортной воды из полостей. Относительно сложным является и управление системой, а использование газа высокого давления к тому же может привести к разрушению полостей при неисправной арматуре подачи газа в емкости и сброса воды из емкости (низкая эксплуатационная надежность системы управления).

Известный подводный аппарат с системой управления остаточной плавучестью по своей технической сущности и функциональному назначению является ближайшим аналогом заявляемого технического решения. "Подводный аппарат с частичной компенсацией положительной плавучести".

При создании заявляемого подводного аппарата с частичной компенсацией положительной плавучести ставилась задача повышения эффективности управления подводным аппаратом с достижением следующих технических результатов:
- обеспечение технической и технологической простоты, относительно небольших габаритов, относительно небольшого веса и высокой надежности работы системы управления остаточной плавучестью подводного аппарата;
- увеличение степени выноса над поверхностью воды антенн радиомодема, спутниковой навигационной системы, спутниковой радиосвязи и других узлов подводного аппарата при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении;
- значительное облегчение и существенное сокращение времени перевода подводного аппарата из надводного положения в подводное положение;
- обеспечение повышения эффективности управления подводным аппаратом в подводном положении;
- обеспечение самостоятельного всплытия подводного аппарата в надводное положение в аварийных ситуациях.

Указанная задача решается, а заявляемые технические результаты достигаются в подводном аппарате с частичной компенсацией положительной плавучести.

Аппарат снабжен системой управления остаточной плавучестью, содержащей гидравлически соединенные между собой реверсивный насос и размещенную вне прочного корпуса подводного аппарата емкость.

Емкость в ее верхней части снабжена приемным патрубком забортной воды, входное отверстие которого размещено выше уровня воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с заполненной емкостью.

Реверсивный насос снабжен приемно-отливным образным патрубком, колено которого размещено выше уровня воды, а приемно-отливное отверстие - ниже уровня воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с осушенной емкостью.

Внутренний объем емкости связан соотношением V_Е=V_ВНЧ-V_АЗП,
где V_Е - внутренний объем размещенной вне прочного корпуса подводного аппарата емкости, м³;
V_ВНЧ - объем водонепроницаемых частей подводного аппарата, выступающих над поверхностью воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с осушенной емкостью, м³;
V_АЗП - аварийный запас положительной плавучести подводного аппарата в подводном положении с заполненной емкостью, м³.

Заявленное техническое решение и его наиболее близкий аналог (прототип) имеют следующие общие признаки:
- подводный аппарат (транспортное подводное устройство);
- система управления остаточной плавучестью;
- насос;
- размещенная вне прочного корпуса подводного аппарата емкость;
- гидравлическое соединение между собой насоса и емкости.

Признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа являются:
- приемный патрубок забортной воды, которым снабжена в ее верхней части размещенная вне прочного корпуса емкость;
- расположение входного отверстия приемного патрубка заборной воды выше уровня воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с заполненной емкостью;
- выполнение насоса реверсивным;
- снабжение насоса образным приемно-отливным патрубком;
- размещение колена образного приемно-отливного патрубка выше уровня воды, а приемно-отливного отверстия его ниже уровня воды при нахождении подводного аппарата в надводном положении с осушенной емкостью;
- выбор внутреннего объема емкости из соотношения V_E=V_BHH-V_АЗП,
где V_E - внутренний объем размещенной вне прочного корпуса подводного аппарата емкости, м³;
V_ВНЧ - объем водонепроницаемых частей подводного аппарата, выступающих над поверхностью воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с осушенной емкостью, м³;
V_АЗП - аварийный запас положительной плавучести подводного аппарата в подводном положении с заполненной емкостью, м³.

Перечисленная совокупность общих и отличительных признаков позволяет получить заявленные технические результаты во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Снабжение системы управления остаточной плавучестью размещенной вне прочного корпуса подводного аппарата емкостью позволяет при откачке из емкости забортной воды в надводном положении увеличить вынос над поверхностью воды водонепроницаемых частей подводного аппарата, в частности антенн радиомодема, спутниковой навигационной системы, спутниковой радиосвязи и других его узлов, а при переходе подводного аппарата из надводного в подводное положение заполнением емкости забортной водой значительно облегчить (особенно в условиях волнения) и существенно сократить время погружения аппарата.

Заполнение емкости обеспечивает повышение эффективности управления подводным аппаратом в подводном положении.

Снабжение системы управления остаточной плавучестью реверсивным насосом, гидравлически соединенным с размещенной вне прочного корпуса емкостью позволяет осуществлять заполнение и осушение емкости.

Снабжение реверсивного насоса приемно-отливным образным патрубком, колено которого размещено выше уровня воды, а приемно-отливное отверстие ниже уровня воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с осушенной емкостью, позволяет откачать воду из емкости после всплытия подводного аппарата и заполнить емкость принудительно перед его погружением.

Снабжение размещенной вне прочного корпуса подводного аппарата емкости приемным патрубком забортной воды, входное отверстие которого размещено выше уровня воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с заполненной емкостью, позволяет обеспечить вентиляцию емкости при осушении ее реверсивным насосом при нахождении подводного аппарата в надводном положении и заполнение ее "самотеком" при переходе подводного аппарата из надводного в подводное положение с использованием хода, а отсутствие запорной арматуры на приемном патрубке заборной воды обеспечивает автоматическое поддержание равенства давления внутри емкости с давлением окружающей среды, что позволяет выполнить стенки емкости минимально тонкими.

Выполнение размещенной вне прочного корпуса подводного аппарата емкости с внутренним объемом V_E= V_BHЧ-V_АЗП позволяет обеспечить самостоятельное всплытие подводного аппарата в надводное положение в аварийных ситуациях за счет наличия у аппарата аварийного запаса положительной плавучести V_АЗП= V_ВНЧ-V_E.

Снабжение системы управления остаточной плавучестью размещенной вне прочного корпуса подводного аппарата емкостью и гидравлически соединенным с нею реверсивным насосом, снабжение насоса приемно-отливным, а емкости приемным патрубками, не имеющими запорной арматуры позволяет выполнить систему управления остаточной плавучестью технически и технологически простой, имеющей относительно небольшие габариты и относительно небольшой вес и обладающей высокой надежностью работы.

Таким образом, каждый из отличительных существенных признаков заявляемого технического решения совместно с остальной совокупностью признаков находится в причинно-следственной связи с заявленными техническими результатами, т. е. заявленная совокупность признаков необходима и достаточна для достижения заявленных технических результатов.

На чертеже изображен общий вид подводного аппарата с частичной компенсацией положительной плавучести.

Подводный аппарат 1 с частичной компенсацией положительной плавучести содержит систему управления остаточной плавучестью, включающую гидравлически соединенные между собой реверсивный насос 2 и размещенную вне прочного корпуса, внутри легкого корпуса 3 подводного аппарата емкость 4. Емкость 4 снабжена в ее верхней части приемным патрубком 5, входное отверстие 6 которого размещено выше уровня воды 7 при нахождении подводного аппарата 1 без хода в надводном положении с заполненной емкость 4. Реверсивный насос 2 снабжен приемно-отливным образным патрубком 8, колено 9 которого размещено выше уровня воды 7, а приемно-отливное отверстие 10 - ниже уровня воды 7 при нахождении подводного аппарата 1 без хода в надводном положении с осушенной емкостью 4.

Подводный аппарат 1 снабжен антенной радиомодема 11, антенной спутниковой навигационной системы 12, антенной спутниковой радиосвязи 13 и прочным корпусом 14.

Работа подводного аппарата с частичной компенсацией положительной плавучести осуществляется следующим образом.

Подготовленный к работе подводный аппарат 1 с осушенной емкостью 4 опускают с судна-носителя на поверхность воды. В таком положении подводный аппарат 1 практически весь находится под водой: над уровнем воды 7 находится незначительная часть легкого корпуса 3, антенна радиомодема 11, антенна спутниковой навигационной системы 12 и антенна спутниковой радиосвязи 13.

При поступлении команды на выполнение заданной программы подводный аппарат 1 начинает движение вперед с одновременным заглублением. Выступающие части легкого корпуса 3 и антенны 11, 12 и 13 в процессе погружения создают дополнительную положительную плавучесть, препятствующую погружению подводного аппарата 1, однако как только уровень воды 7 окажется выше входного отверстия 6 приемного патрубка 5 емкости 4 забортная вода начинает поступать в емкость 4 и заполняет весь ее внутренний объем, частично компенсируя имеемую остаточную положительную плавучесть подводного аппарата. В дальнейшем при управлении подводным аппаратом в подводном положении исключаются дополнительные затраты энергии на удержание подводного аппарата на заданной глубине в связи с тем, что в подводном положении аппарат обладает сравнительно небольшой (незначительной величины) остаточной положительной плавучестью.

После выполнения заданной программы под водой подводный аппарат всплывает на поверхность. Емкость 4 подводного аппарата заполнена водой. Антенны 11, 12 и 13 частично находятся над водой, над поверхностью воды находится и входное отверстие 6 приемного патрубка 5. В таком положении подводного аппарата, особенно в условиях волнения моря антенны 11, 12 и 13 могут не обеспечить высокого качества связи. С целью обеспечения устойчивой и надежной связи запускают реверсивный насос 2 и откачивают за борт воду из емкости 4. При этом насос работает при сравнительно небольшом противодавлении в напорной магистрали, затрачивая сравнительно небольшое количество энергии. В процессе откачки воды из емкости 4 подводный аппарат окончательно всплывает на поверхность и после полного осушения емкости 4 над уровнем воды оказываются часть (части) легкого корпуса 3, антенны 11, 12 и 13, входное отверстие 6 приемного патрубка 5 и колено 9 приемно-отливного образного патрубка 8. За счет полного выхода из воды антенн 11, 12 и 13 обеспечивается устойчивая и надежная связь. Приемно-отливное отверстие 10 патрубка 8 будет располагаться в этом положении подводного аппарата ниже уровня воды 7, что является необходимым условием заполнения емкости 4 при последующем погружении подводного аппарата в условиях повышенного волнения не самотеком через приемный патрубок 5, а принудительно реверсивным насосом 2 через приемно-отливной образный патрубок 8.

Подводя итог изложенному выше, можно сделать вывод о том, что заявляемый подводный аппарат снабжен технически и технологически простой, относительно небольшой с точки зрения габаритов и веса, высоконадежной системой управления остаточной плавучестью, позволяющей осуществлять эффективное управление подводным аппаратом в процессе его погружения, плавания под водой и всплытия в надводное положение.

Изобретение относится к судостроению, в частности к конструкции подводных аппаратов с регулируемой остаточной плавучестью. Подводный аппарат с частичной компенсацией положительной плавучести содержит систему управления остаточной плавучестью, включающую в себя насос и размещенную в легком корпусе емкость. Насос снабжен приемно-отливным патрубком, а емкость - приемным патрубком забортной воды. Емкость имеет внутренний объем V_E=V_ВНЧ-V_АЗП, где V_E - внутренний объем размещенной вне прочного корпуса подводного аппарата емкости, м³; V_ВНЧ - объем водонепроницаемых частей подводного аппарата, выступающих над поверхностью воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с осушенной емкостью, м³; V_АЗП - аварийный запас положительной плавучести подводного аппарата в подводном положении с заполненной емкостью, м³. Достигается повышение эффективности управления подводным аппаратом в подводном положении, а также уменьшение веса подводного аппарата и снижение энергозатрат при управлении подводным аппаратом. 1 ил.

Подводный аппарат с частичной компенсацией положительной плавучести, содержащий систему управления остаточной плавучестью, включающую гидравлически соединенные между собой насос и размещенную вне прочного корпуса подводного аппарата емкость, отличающийся тем, что размещенная вне прочного корпуса подводного аппарата емкость снабжена в ее верхней части приемным патрубком забортной воды, входное отверстие которого размещено выше уровня воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с заполненной емкостью, насос выполнен реверсивным и снабжен приемно-отливным Г-образным патрубком, колено которого размещено выше уровня воды, а приемно-отливное отверстие - ниже уровня воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с осушенной емкостью, причем размещенная вне прочного корпуса емкость имеет внутренний объем

V_E=B_ВНЧ-V_АЗП,

где V_Е - внутренний объем размещенной вне прочного корпуса подводного аппарата емкости, м³;

V_ВНЧ - объем водонепроницаемых частей подводного аппарата, выступающих над поверхностью воды при нахождении подводного аппарата без хода в надводном положении с осушенной емкостью, м³;

V_АЗП - аварийный запас положительной плавучести подводного аппарата в подводном положении с заполненной емкостью, м³.