ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ ВЫДВИЖНЫХ УСТРОЙСТВ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК С ВРАЩАЮЩИМИСЯ И НЕВРАЩАЮЩИМИСЯ ТРУБАМИ Советский патент 2006 года по МПК B63G8/38 

Изобретение относится к области прикладной гидродинамики и решает задачу значительного уменьшения вибрации выдвижных устройств (ВУ) подводных лодок (ПЛ).

Для обеспечения радио, радиолокационного, астронавигационного и навигационного наблюдения на современных подводных лодках устанавливаются различные ВУ. Эти устройства представляют собой консольные цилиндрические мачты, выдвигаемые через сальники прочного корпуса ПЛ, на топе которых устанавливаются антенные посты.

Различают вращающиеся ВУ (трубы которых поворачиваются относительно своей оси вместе с антенным постом) и неповоротные ВУ. Имеются также ВУ, антенные посты которых вращаются относительно невращающихся труб.

При движении ПЛ с выдвинутыми ВУ под водой перед всплытием или в случае быстрого или случайного погружения, а также на перископной глубине за цилиндрической трубой ВУ, как за плохо обтекаемым телом, образуется вихревая дорожка, обусловливающая возникновение на трубе периодических сил, вызывающих вибрацию ВУ.

Поскольку вибрация отрицательно сказывается на прочности антенного поста и трубы ВУ, а также на точности работы радиорадиолокационных и астронавигационных систем, борьба с ней имеет большое значение.

Известны следующие гасители вибрации ВУ:

а) "Полоса в следе";

б) "Пластинчатый гидродинамический гаситель вибрации невращающихся ВУ ПЛ с цилиндрическим обтекателем антенны;

в) "Устройство для гашения вибрации, устанавливаемое на вращающие ВУ ПЛ".

Предлагаемое средство гашения вибрации - гидромеханическое. Отличительной чертой предлагаемого устройства для гашения вибрации ВУ по сравнению с выше рассмотренными является несимметрия обтекания трубы, создаваемая боковыми стержнями (штангами) небольшого диаметра и длины, устанавливаемыми параллельно трубе ВУ и закрепляемыми жестко у топа трубы. Такая конструктивная схема позволяет изменить обтекание трубы у свободного конца, где возникают наибольшие по величине силы (вследствие зависимости силы от амплитуды колебаний), приложенные на большом плече от верхней опоры трубы. Таким образом, в предлагаемой конструкции принципиально по новому используется эффект, создаваемый влиянием стержня на поток, обтекающий трубу ВУ.

В данной конструкции с помощью несимметричного обтекания трубы снимаются раскачивающие силы в районе свободного конца трубы на длине 40÷60% вылета, то есть практически ликвидируется причина вибрации, т.к. раскачивающие силы на остальной части трубы значительно меньше по величине и приложены на малом плече от верхней опоры трубы. Кроме того, в указанном конструктивном исполнении на самом стержне возникают силы, демпфирующие колебания, что особо важно в случае использования малых стержней, размеры которых невозможно увеличить из конструктивных соображений.

Результаты модельных испытаний указанного типа гасителя произведены на динамически подобной модели в кавитационной трубе и представлены графиком на фиг.1. Как видно из графика, наибольший эффект от применения бокового стержня получается, когда плоскость, проходящая через оси стержня и трубы ВУ, расположена под углом к вектору скорости потока. (В указанной плоскости стержни могут располагаться как перед трубой ВУ, так и за ней).

Результаты, приведенные на фиг.1 получены при длине бокового стержня равной 0,6L (L - длина трубы). В реальной конструкции длина стержня может составлять и меньшую долю длины трубы.

При расположении стержня впереди цилиндра при угле α=45° вибрация трубы практически прекращается, следовательно, для невращающейся трубы стержень ставить надо в этом положении или ему симметрично.

Предлагаемое средство универсально, т.к. позволяет гасить вибрацию, как в погруженном положении ВУ (наиболее тяжелый, хотя и кратковременный случай), так и в перископном положении.

В перископном положении часть стержня может оголяться, но оставшейся погруженной части стержня достаточно, чтобы произвести нужный эффект гашения, так как в перископном положении вибрация в 3÷5 раз меньше, чем при полностью погруженном ВУ.

Суммарное воздействие бокового стержня на поток около трубы, а следовательно, на силы вызывающие вибрацию и саму вибрацию складывается при предлагаемой конструкции гасителя из следующих эффектов. Прежде всего стержень создает несимметрию обтекания и как следствие нарушает периодичность отрыва вихрей с поверхности трубы. В случае же возникновения вибрации (хотя бы и небольшой) стержень становится гидродинамическим демпфером, аналогично пластинам, уменьшающим возникающую вибрацию, что является также отличительной чертой предлагаемого гасителя вибрации. Для увеличения эффективности действия бокового стержня при опыте вслед за стержнем или трубы подавалась под давлением вода. В тех случаях когда без вдува воды эффективность предлагаемого стержня недостаточна с помощью вдува воды эффективность резко увеличивается.

Представленный на фиг.2 гаситель состоит из следующих основных деталей: бокового стержня - деталь 1 и кронштейна для крепления бокового цилиндра на фланце трубы или антенны - деталь 2.

Гашение вибрации с помощью изменения потока около трубы можно осуществить и для вращающихся труб.

В этом случае устанавливается на топе трубы не один стержень в фиксированном положении, а устанавливаются несколько стержней, расположенных под разными углами.

Два стержня устанавливаются под центральным углом 90° (135°). При большем количестве стержней их надо располагать так, чтобы при любом повороте трубы вероятность попадания хотя бы одного из стержней в положение при угле α=±45° была бы наибольшая.

Конструктивный вариант стержневого гасителя вибрации ВУ с поворачивающейся трубой показан на фиг.2б.

В данной конструкции установлены два боковых стержня (деталь 1). Возможны конструкции и с большим количеством и более коротких стержней. Крепление стержня может быть также разнообразное, но во всех случаях достаточно жесткое.

Общие требования к любым вариантам конструкции предлагаемого средства гашения вибрации:

1. Диаметр дополнительного стержня принимается

l=0,25÷0,4d (d - наружный диаметр трубы ВУ);

2. Зазор между образующими трубы ВУ и дополнительного стержня принимается равным Δ=0,5÷0,7d

(d - диаметр трубы ВУ);

3. Длина дополнительного стержня выбирается из конструктивных соображений.

Изобретение относится к судостроению, а именно, к выдвижным устройствам подводных лодок. Устройство для уменьшения вибрации труб выдвижных устройств выполнено в виде жестко закрепленных на верхнем конце трубы выдвижного устройства стержней, установленных с зазором параллельно продольной оси трубы. При этом плоскость, проходящая через оси трубы и стержня, имеет угол с вектором скорости движения подводной лодки ±45° или ±135°, для выдвижного устройства с невращающейся трубой. А центральный угол между смежными стержнями, установленными на выдвижном устройстве с вращающейся трубой, составляет 90° (135°). Технический результат заключается в снижении вибрации труб выдвижных устройств подводных лодок. 2 ил.

Гаситель вибрации выдвижных устройств подводных лодок с вращающимися и невращающимися трубами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения гидродинамических сил, вызывающих вибрации выдвижного устройства, он выполнен в виде жестко закрепленных на верхнем конце трубы выдвижного устройства стержней, имеющих длину примерно равную половине длины трубы и диаметр равный 0,2÷0,4 наружного диаметра трубы, установленных с зазором параллельно продольной оси трубы и с расчетом, чтобы плоскость, проходящая через оси трубы и стержня, имела угол с вектором скорости движения подводной лодки ±45° или ±135° для выдвижного устройства с невращающейся трубой, а центральный угол между смежными стержнями, установленными на выдвижном устройстве с вращающейся трубой, составлял 90° (135°).