НЕВРАЩАЮЩЕЕСЯ ВЫДВИЖНОЕ УСТРОЙСТВО ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ Советский патент 2006 года по МПК B63G8/38 H01Q3/02 

Изобретение относится к области прикладной гидродинамики и направлено на уменьшение вибрации выдвижных устройств подводных лодок.

Выдвижные устройства (ВУ) устанавливаются на подводных лодках (ПЛ) и служат для обеспечения связи, навигационного наблюдения, радиолокационных, астронавигационных и других измерений.

Как правило, ВУ представляют собой круглую цилиндрическую мачту, имеющую на свободном конце ту или иную наделку (радиолокационный антенный пост, штыревую антенну и т.п.), установленную в двух или трех круглых опорах, жестко связанных с прочным корпусом ПЛ. Нижняя опора кроме своего прямого назначения обеспечивает водонепроницаемость корпуса ПЛ в месте установки ВУ, то есть является герметичной. При подъеме и опускании ВУ перемещается в опорах вдоль своей продольной оси.

ВУ подразделяются на вращающиеся, то есть такие, которые при работе поворачиваются относительно своей вертикальной оси, и невращающиеся, то есть такие, которые относительно своей вертикальной оси не поворачиваются.

Находясь в выдвинутом (рабочем) положении, ВУ значительно возвышается над корпусом ПЛ, обтекается набегающим потоком воды и вследствие этого вибрирует и испытывает значительное лобовое сопротивление.

Вибрация ВУ происходит вследствие периодического срыва вихрей с его поверхности, образующихся там при обтекании ее поперечным потоком. При отрыве с поверхности вихри индуцируют периодические силы, вызывающие колебания ВУ, амплитуда которых в некоторых случаях превышает у свободного конца диаметр мачты.

Повышенная вибрация ВУ создает угрозу его прочности и вызывает большие перегрузки на антенном посту, приводящие к неподдающимся учету погрешностям в работе комплекса, работу которого обеспечивает данный пост. Поэтому борьбе с вибрацией ВУ придается очень большое значение.

Уменьшение или частичное гашение вибрации ВУ осуществляется путем применения различных гасителей.

Известные гасители разделяются по принципу действия на гидродинамические и механические. Гидродинамические виброгасители увеличивают демпфирующие характеристики системы либо стабилизируют обтекание ВУ, взаимодействуя с набегающим потоком жидкости. Механические виброгасители изолированы от набегающего потока и непосредственного взаимодействия с ним не имеют. Их действие основано на изменении динамических параметров системы.

Но в ряде случаев ни один из известных гасителей вибрации не может быть эффективно использован на конкретном ВУ. Это объясняется большим разнообразием конструктивных особенностей ВУ, эксплуатационных условий и требований к их вибрации, а также различными по природе вибрационными явлениями, возникающими при их эксплуатации.

Для эффективного воздействия полосы, расположенной в тыльной части ВУ в диаметральной плоскости ПЛ, ее ширина должна быть не меньше диаметра трубы ВУ, который по ОСТу равен в среднем 0,28 м. Следовательно, размер ВУ с гасителем по потоку примерно равен шпации. Это усложняет размещение группы ВУ и увеличивает потребные объемы прочного корпуса для размещения ВУ.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков путем достижения существенной эффективности гашения вибрации ВУ при значительно меньших габаритах устройства. Поставленная цель достигается установкой на трубу обтекателя, образующего вместе с трубой поперечное сечение, максимальная толщина которого равна 1,15 диаметра трубы и расположенную на расстоянии 0,27 диаметра трубы в корму от ее оси, а кормовой срез обтекателя, перпендикулярный оси симметрии устройства, выполнен плоским и имеет ширину 0,87 диаметра трубы и расположен на расстоянии 0,68 диаметра трубы от ее оси. Отрыв пограничного слоя с поверхности обтекателя происходит вблизи кормового среза. Схема предлагаемого ВУ показана на фиг.1, здесь деталь 1 - труба, деталь 2 - обтекатель, деталь 3 - опоры, деталь 4 - сальник.

Поперечное сечение трубы с обтекателем показано на виде А-А фиг.1.

С целью проверки эффективности предлагаемого устройства как гасителя вибрации в кавитационной трубе были испытаны две динамически подобные модели ВУ: 1) модель типичного ВУ (базового объекта) без обтекателя; 2) модель с установленным на ней обтекателем. Зависимость относительной амплитуды колебаний топа (верхней точки) моделей от безразмерной относительной скорости потока 1/Sh=U/(fd_н) (y₀ - амплитуда колебаний топа модели, d_н - диаметр трубы, f - частота колебаний, U - скорость потока жидкости), полученная по результатам этих испытаний, приведена фиг.2. Как видно из графика, применение обтекателя приводит к снижению амплитуды колебаний в 3,5÷4 раза. В то же время относительное удлинение поперечного сечения ВУ увеличивается всего на 3%. При этом по результатам аэродинамических испытаний аналогичных моделей при закризисном режиме обтекания, характерном для условий эксплуатации ВУ, была построена зависимость коэффициента силы лобового сопротивления С_х от U и числа Рейнольдса Re, где ν - кинематическая вязкость, ρ - плотность воздуха. График этой зависимости приведен на фиг.3. Цифрой 1 обозначена зависимость, полученная для модели ВУ с обтекателем, а цифрой 2 - для модели ВУ без обтекателя. Из графика видно, что С_х для модели ВУ с обтекателем даже несколько ниже, чем С_х для модели ВУ без обтекателя.

Невращающееся выдвижное устройство подводной лодки содержит мачту, выполненную в виде круглой трубы с обтекателем, прикрепленным к ней в тыльной части на участке, находящемся при опущенной мачте вне прочного корпуса. Труба с обтекателем имеют вместе максимальную толщину в поперечном сечении, равную 1,15 диаметра трубы и расположенную на расстоянии 0,27 диаметра трубы в корму от ее продольной оси. Кормовой срез обтекателя, перпендикулярный оси симметрии устройства, выполнен плоским, шириной 0,87 диаметра трубы и расположен на расстоянии 0,68 диаметра трубы от ее продольной оси. Такое выполнение устройства обеспечивает снижение его вибрации. 3 ил.

Невращающееся выдвижное устройство подводной лодки, содержащее мачту, выполненную в виде круглой трубы с обтекателем, прикрепленным к ней в тыльной части на участке, находящемся в опущенном положении мачты вне прочного корпуса подводной лодки, отличающееся тем, что, с целью уменьшения вибрации устройства, труба с обтекателем имеют вместе максимальную толщину в поперечном сечении, равную 1,15 диаметра трубы и расположенную на расстоянии 0,27 диаметра трубы в корму от ее продольной оси, причем кормовой срез обтекателя, перпендикулярный оси симметрии устройства, выполнен плоским, шириной 0,87 диаметра трубы и расположен на расстоянии 0,68 диаметра трубы от ее продольной оси.