СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КРЕНОМ ПОДВОДНОГО ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, РЕАЛИЗУЮЩАЯ СПОСОБ Российский патент 2019 года по МПК B63G8/22 G05D1/08 

Изобретение относится к подводному судостроению, в частности, к способам и устройствам управления подводными подвижными объектами (подводными лодками, аппаратами, торпедами и т.п.), имеющими одновальную винтовую движительную установку. При вращении винта такой движительной установки возникает кренящий подводный объект момент в сторону, противоположную направлению вращения винта, увеличивающийся с повышением его оборотов.

Как правило, крен подводного подвижного объекта связан с его циркуляцией (см. Военно-морской словарь / Гл. ред. В.Н. Чернавин. - М.: Воениздат, 1989). Так как крен, особенно статический, отражается на точности движения объекта по курсу, возникает необходимость его целенаправленного устранения.

В судостроении широко применяется способ управления креном (креновыравнивание) судна балластировкой водой цистерн, размещенных со смещением к борту от диаметральной плоскости судна.

Известен способ, реализуемый в «Системе управления остаточной плавучестью, дифферентом и креном подводного устройства» по патенту РФ №2185304, 2002 г., МПК B63G 8/22, B63G 8/26. Способ заключается в том, что имеющийся крен подводного объекта устраняют принудительным (с помощью насосного агрегата) приемом воды в соответствующую из разнесенных по бортам цистерн, в которых поддерживают избыточное, по отношению к забортному, давление газом, например воздухом, и/или стравливают из противоположной (симметрично расположенной) цистерны воду через дистанционно управляемый клапан с одновременным сохранением заданной плавучести

К недостаткам способов и реализующих их устройств креновыравнивания с помощью балластировки побортно расположенных цистерн следует отнести малую динамичность управления, затрудняющую оперативное устранение крена подводного объекта при быстром маневрировании изменением скорости, т.е. управлением работой движительного комплекса, в том числе и при включении резервных оборотов винта.

Способ, принятый авторами за прототип (см. Кормилицин Ю.Н., Хализев О.А. Проектирование подводных лодок. Учебник. - СПб.: Элмер, 2004), характеризуется тем, что подводный подвижный объект снабжают одной или двумя парами побортно расположенных горизонтальных рулей, каждый из которых имеет свой баллер. Для устранения крена перекладывают рули правого и левого бортов на разные углы, один на всплытие, другой на погружение.

Такая работа требует точной угловой установки каждого горизонтального руля, что при оперативном управлении частотой и реверсом вращения вала движительной установки подводного объекта без автоматизации практически невозможно.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения динамики управления подводным подвижным объектом при повышении безопасности его эксплуатации.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении обнуления кренятщего момента, возникающего из-за вращения винта одновальной силовой движительной установки, при каждом управляемом изменении оборотов ее вала.

Указанный результат достигается тем, что в способе управления креном подводного объекта в нужную сторону относительно его продольной оси его горизонтальные рули, каждый из которых имеет свой баллер, устанавливают так, чтобы возникал гидродинамический момент, по направлению противоположный и по величине соответствующий моменту от вращающегося винта движительной установки. Для этого определяют количественное значение коэффициента пропорциональности крена, подлежащего управлению конкретного подводного подвижного объекта, квадрату угловой скорости вращения его винта, вводят этот коэффициент с противоположным знаком в соответствующую квадратичную зависимость блока памяти компьютерной системы управления подвижного объекта, при каждом управляемом изменении оборотов вала движительного комплекса автоматически вычисляют возникающий кренящий момент и управляемо выставляют горизонтальные рули в расчетное положение, чем обеспечивают обнуление суммарного кренящего момента.

Предлагаемый способ реализуется системой управления креном подводного подвижного объекта, включающей поршневые гидравлические приводы управления горизонтальными рулями объекта.

Известна гидравлическая система управления рулями подводной лодки (ПЛ), в которой используются механические распределители золотникового типа, а силовые цилиндры (прессы) рулей питаются от аксиально-поршневых гидравлических насосов с вращающимися блок-цилиндрами. Этим обеспечивается изменение направления подачи рабочей жидкости (см. с. 147 Букалов В.М., Нарусбаев А.А. Проектирование атомных подводных лодок. JL: Судостроение, 1964).

Известны более совершенные системы управления рулями ПЛ, включающие электрогидравлические приводы, которые отличаются более спокойной и точной перекладкой рулей. Они исключают необходимость в гидравлических трубопроводах, соединяющих пост управления с местом расположения силовых цилиндров (см. там же и рисунок 58). Перекладку рулей осуществляют с пульта управления, расположенного в центральном посту корабля. Поворот штурвала преобразуется командным синхропреобразователем в слаботочный электросигнал. Последний сравнивается в усилителе с сигналом, поступающим от синхропреобразователя обратной связи. Когда рули установлены в заданном положении, прямой и обратный сигналы уравниваются, а сигнал рассогласования уменьшается до нуля.

Отмеченная схема принята за прототип. Ее недостатком является отсутствие реакции на крен ПЛ, возникающий при изменении оборотов винта одновального движителя.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в автоматической выработке управляющего сигнала, пропорционального квадрату частоты вращения выходного вала движителя силовой установки, который после преобразования сравнивается с синхропреобразователями обратной связи установки раздельных баллеров горизонтальный рулей, чем обеспечивается их угловая выставка в расчетное положение, соответствующее обнулению суммарного кренящего момента.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемой системе управления реализуется заявляемый способ управления креном подводного подвижного объекта. По сравнению с прототипом в систему введена дополнительная структура автоматической выработки и использования управляющего электрического сигнала, поступающего от блока управления оборотами одновальной (в общем случае имеющей нечетное количество валов) движительной силовой установки подвижного объекта.

Система включает силовые цилиндры поворота баллеров правого и левого горизонтальных рулей объекта, оснащенные синхропреобразователями обратной связи (вырабатывающими пропорциональные углам поворота электрические сигналы), распределителями рабочей жидкости корабельной и резервной систем гидравлики, управляемые переключатели работы силовых цилиндров с корабельной на резервную ристему гидравлики, сервоприводы управления распределителей жидкости корабельной системы гидравлики, пульт управления движением подводного подвижного объекта, содержащий синхропреобразователи поворота штурвалов управления горизонтальными рулями, кабелем связанные с силовым блоком дистанционного управления рулями, к которому кабелями также подключены сервопреобразователи обратной связи силовых цилиндров и сервоприводы распределителей рабочей жидкости корабельной системы гидравлики и отличается тем, что один из входов блока дистанционного управления горизонтальными рулями через процессорный блок и синхропреобразователь оборотов винта движителя соединен с установщиком этих оборотов.

Система управления креном подводного подвижного объекта работает следующим образом.

С помощью установщика первоначально устанавливают или изменяют обороты винта движителя подвижного объекта. Пропорционально требуемым устанавливаемым оборотам синхропреобразователь оборотов вырабатывает слабый электрическимй сигнал, который поступает в процессорный блок, в памяти которого хранится значение коэффициента пропорциональности углов крена подвижного объекта, соответствующих квадрату угловой скорости вращения винта силовой установки, выработанное по результатам ходовых испытаний подвижного объекта.

Поступающий электросигнал автоматически преобразуется в новый сигнал, пропорциональный квадрату угловой скорости вращения винта. В реальном времени численное значение этого сигнала умножается на хранящийся в памяти коэффициент пропорциональности и с обратным знаком поступает в пульт дистанционного раздельного управления рулями. В соответствии с предварительно введенной в пульт управления программой происходит усиление сигнала, который подается на соответствующие электромагниты сервоприводов, что сопровождается разнонаправленным вращением баллеров горизонтальных рулей.

Синхропреобразователи обратной связи вырабатывают электросигналы, поступающие в пульт, где они сравниваются с начальными значениями управляющих сигналов, разность между которыми усиливается и подается на сервоприводы.

Когда рули установятся в требуемом положении, управляющий от процессорного блока и обратные от синхропреобразователей сигналы уравняются, а сигнал рассогласования уменьшится до нуля.

Таким образом суммарный кренящий момент обнуляется, и диаметральная плоскость подводного подвижного объекта принимет вертикальное положение. Тем самым устраняется причина непреднамеренного увода объекта с намеченного курса движения

Группа изобретений относится к способу и системе управления креном подводного подвижного объекта. Для управления креном устанавливают горизонтальные рули определенным образом, опытным путем определяют коэффициент пропорциональности крена квадрату угловой скорости вращения винта движителя подвижного объекта и вводят полученные данные в компьютерную систему управления подвижного объекта, автоматически выставляют горизонтальные рули для вычисленного значения кренящего момента. Система содержит силовые цилиндры поворота баллеров правого и левого горизонтальных рулей с синхропреобразователями обратной связи и распределителями рабочей жидкости систем гидравлики, управляемые переключатели работы силовых цилиндров с корабельной на резервную систему гидравлики, сервоприводы управления распределителей жидкости, пульт управления движением подводного объекта с синхропреобразователями поворота штурвалов управления горизонтальными рулями, блок дистанционного управления рулями, процессорный блок, синхропреобразователи обратной связи силовых цилиндров. Обеспечивается обнуление кренящего момента подводного объекта. 2 н.п. ф-лы.

1. Способ управления креном подводного подвижного объекта, имеющего движительную силовую установку и горизонтальные рули, каждый из которых имеет свой баллер, путем установки рулей так, чтобы возникал гидродинамический момент, по направлению противоположный, а по величине соответствующий моменту от вращающегося винта движительной установки, отличающийся тем, что опытным путем определяют количественное значение коэффициента пропорциональности крена подлежащего управлению конкретного подводного подвижного объекта квадрату угловой скорости вращения винта его движителя, вводят этот коэффициент с противоположным знаком в соответствующую квадратичную зависимость блока памяти компьютерной системы управления подвижного объекта и при каждом управляемом изменении оборотов вала движительной силовой установки автоматически вычисляют возникающий кренящий момент и управляемо выставляют горизонтальные рули в расчетное положение, чем обеспечивают обнуление суммарного кренящего момента.

2. Система управления креном подводного подвижного объекта, включающая силовые цилиндры поворота баллеров правого и левого горизонтальных рулей, оснащенные синхропреобразователями обратной связи, распределителями рабочей жидкости корабельной и резервной систем гидравлики, управляемые переключатели работы силовых цилиндров с корабельной на резервную систему гидравлики, сервоприводы управления распределителей жидкости корабельной системы гидравлики, пульт управления движением подводного подвижного объекта, содержащий синхропреобразователи поворота штурвалов управления горизонтальными рулями, кабелем связанные с силовым блоком дистанционного управления рулями, к которому кабелями подключены также синхропреобразователи обратной связи силовых цилиндров и сервоприводы распределителей рабочей жидкости корабельной системы гидравлики, отличающаяся тем, что один из входов блока дистанционного управления рулями через процессорный блок и синхропреобразователь оборотов винта движителя соединен с их установщиком.