CN110997480A - 用于使潜水艇或潜艇快速浮出的组或系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使潜水艇或潜艇(S)快速浮出和/或用于控制潜水艇或潜艇(S)的行进或前进的组或系统。

Description

用于使潜水艇或潜艇快速浮出的组或系统

技术领域

本发明涉及一种用于在紧急情况下使潜水艇或潜艇快速浮出和/或用于控制潜水艇或潜艇行进或前进的组或系统。

背景技术

用于在紧急情况下使潜艇快速浮出的系统(在下文中也称为EBD)是通常用在潜艇中的单元，以允许当船处于对人员生命具有潜在危险的紧急情况时升到水面。

第一EBD系统基于压缩气体，并且操作和再装填相对简单，但是它们在体积和重量方面具有主要的不利之处，尤其是在大深度处。

因此，已经引入了基于例如通过液体推进剂如肼的分解产生的热气体的系统。广泛用在德国制造潜艇中的这些系统与利用冷气体的系统相比允许低得多的操作体积，但是它们引起相当大的安全问题。因此，这些解决方案已经逐渐被基于固体推进剂的系统所取代，然而，一旦被激发，这些基于固体推进剂的系统就不可控，并且此外管理和替换极其昂贵。

多年来，热气体生成系统已经用于容纳罐的紧急排空，以便即使在深度浸没的条件下也允许快速浮出。由于体积负担有限，热气体生成系统代表了基于压缩空气的系统的重要替代方案，这种热气体生成系统由于比功更大而可以在保持罐中实现更大的质量流量和更大的推进剂密度。

在这方面，在70年代，已经开发了基于在催化床中分解肼的快速浮出系统，与压缩空气系统相比，该快速浮出系统由于其通用性和有限体积而在德国和世界其他地区的一些潜艇中使用。然而，这种解决方案具有与在肼分解中产生大量氢(其中在容纳罐中形成囊袋的情况下具有爆炸的风险)有关的几个问题以及与肼的极端毒性和致癌性有关的问题。

90年代后期开发了一种基于固体推进剂硝酸锶/GAP的替代系统，该系统被称为INGA(惰性气体发生器)。尽管INGA是安装在不同单元上的系统，但是由于它是基于固体推进剂的系统，INGA一旦开启就不能关闭，并且在操作期间不能进行控制。此外，由于这是固体推进剂，所以如果该系统被撞击，则该系统可能爆炸，并且在运输、组装和拆卸期间还需要相当小心，结果增加了成本。

此外，该系统的供应和更换时间不快，这给潜艇单元进行再装填带来了长时间的停止。

在这种解决方案中，几乎不可能控制卸压载，也就是说，几乎不可能控制浮出所需的液体的溢出或排放，并且这与购买和更换部件的高成本相结合，确定了不能定期在船上检查的总体操作，并且防止工作人员经历操作训练。

DE19704587A1公开了根据现有技术的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于使潜水艇或潜艇快速浮出的新组或系统。

本发明的另一目的是提供一种如上所述的非常通用的组。

本发明的另一目的是提供一种如上所述的组，该组可以根据需要来启动和停止。

本发明的另一目的是提供一种用于使潜水艇或潜艇快速浮出的组或系统，该组或系统具有比先前提出的系统更低的开发、管理和再装填成本。

本发明的另一目的是提供一种用于使潜水艇或潜艇快速浮出的组或系统，该组或系统比当前的解决方案更安全。

本发明的另一目的是提供一种当操纵轮不令人满意时辅助操纵轮的组或系统。

根据本发明的一个方面，提供了根据一种权利要求1所述的组。

从属权利要求涉及本发明的优选和有利的实施方式。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从气体发生器的实施方式示例的公开中变得更加明显，所述实施方式在附图中以实施例的方式示出，其中：

-图1是根据本发明的气体发生器的示意图；

-图2是用于获得涡流的气体发生器的部件的示意图；以及

-图3是具有一个或多个根据本发明的气体发生器的潜艇的示意图。

在附图中，相同的部分或部件由相同的附图标记来区分。

具体实施方式

在本公开中，术语“下游”涉及组中的流体的行进方向，例如，参考第一部件和第二部件，表述“第一部件在第二部件的下游”表示组的第一部件放置在第二部件之后，并且因此处理相应的流体或在第二部件中处理之后的流体。

本发明涉及一种气体发生器或组或系统1，该气体发生器或组或系统1用于使潜水艇或潜艇S快速浮出和/或用于控制潜水艇或潜艇S的行进或前进，所述组或系统1产生气体，该气体通过向上推动运载工具(潜水艇或潜艇)或通过使运载工具倾斜并转向而改变流体静力平衡。

该组或系统1限定了燃烧室2，在该燃烧室中产生热气体或燃烧气体的过程通过固体燃料块2a以及流体氧化剂的组分的供给和分解回路发生，该固体燃料块2a容纳在燃烧室2中或通向燃烧室2，该流体氧化剂例如为液体或气体或这两者的混合物，例如过氧化氢(H₂O₂)或氧气或一氧化二氮。

过氧化氢或一氧化二氮容纳在容器4中，优选不在压力之下。如果需要，在容器4中设置流体氧化剂的供给或抽取管4a，该供给或抽取管4a限定所述组分的抽吸或推动管线。

此外，如果流体氧化剂是过氧化氢，则其相对于水以高于70％或80％的质量浓度(或者优选地以高于90％的质量浓度)存在于容器4中。

优选地，容器4中的过氧化氢用小于每百万分之10的含量的稳定剂稳定。这充分地保证了过氧化氢不会在容器4中分解，因此它显著地降低了流体氧化物的爆炸风险或有效性损失。

组1然后包括位于容器4下游的分解单元3，例如催化床或催化系统，该分解单元3被设计成分解或分离从容器4离开的流体氧化剂，例如被设计成将过氧化氢分解成气态氧气和水蒸气，因为分解反应产生能量，所以气态氧气和水蒸气将处于高温。

催化床3可以安装在容器4的顶部，如果需要，可以安装在穿过供给或抽取管4a的流体氧化剂的供应管线上。

催化床3可以包括被布置成限定用于流体氧化剂的曲折路径的例如银、铂、氧化锰等形式的网或格栅或者几个堆叠的格栅或多个球。显然，催化床3被设计成降低流体氧化剂或过氧化氢的分解反应的活化能。

分解单元可以替代地包括可消耗的催化剂，也就是说，该催化剂在使用期间消耗，这尤其引起该组的重量随着时间而减小。

催化床3一方面增加了组或系统的重量，另一方面它改进了组本身的可控性和组本身的开启和关闭的保证。

然后，从分解单元3分解或分离的流体氧化剂或过氧化氢以在固体燃料上或与固体燃料接触地的方式被供应到燃烧室2中，以引起燃烧反应。燃烧室2可以安装在催化床3的头部处或下游，如果需要，可以安装在来自催化床3的流体氧化剂的分解化合物的排出管线上。

然后，借助于分配装置6将一种或多种燃烧气体排放到例如用于潜水艇或潜艇S的压载水的压载罐或容纳罐B中。分配装置6安装在燃烧室2的顶部处或下游，如果需要，安装在来自燃烧室2的燃烧化合物的排出管线上。

在这点上，燃烧气体可以处于甚至等于2000℃的温度，并且该温度可能过高并毁坏该组的或潜艇的容纳罐或部件。

因此，分配装置6可包括安装在头部处或与燃烧室2流体连通的喷嘴6a以及喷射器6b和在诸如水之类的冷却流体的罐(例如压载罐或容纳罐B)与喷嘴6a或喷射器6b之间延伸的供应管道6c等。

利用这种结构，离开燃烧室2的燃烧气体进入喷嘴6a，并且例如在用于燃烧气体的通道截面减小之后，确定燃烧气体的速度增加和压力降低，这使得将冷却流体从相应的罐抽吸到导引管道6c中，然后与燃烧气体一起进入到喷射器6b中，从而冷却燃烧气体。

喷射器6b直接地流入到或非直接地流入到容纳罐B中，因此供给如上所述冷却的一种或多种燃烧气体，这增加了容纳罐中的压力并决定了其排空。

该机理可以用于确定潜水艇或潜艇S的快速浮出，或者控制潜水艇或潜艇S的行进，并且如果需要，还可以控制潜水艇或潜艇S的倾斜。在这点上，通过排空所有的容纳罐或至少排空其中的大部分容纳罐，确定潜水艇或潜艇S的浮出，但是通过以受控的方式排空一个或多个容纳罐，可以以确定的方式使潜水艇或潜艇S倾斜，从而能够更好地或更快地操纵潜艇S。

在这点上，通常，容纳罐是开放的，但是容纳罐也可以设置有破裂盘或挡板，随着容纳罐自身内部压力的确定增加，破裂盘或挡板被压碎，导致排空容纳罐B或增加容纳罐B的排空的速度。

优选地，该组或系统1还包括推进或加压单元5，该推进或加压单元5能够将流体氧化剂或过氧化氢从容器4推向催化床3，并且过氧化氢的分解化合物从催化床3供给到燃烧室2中。

推进或加压单元5可以包括处于100至300atm(如果需要处于大约200atm)的加压流体(例如氮气)的接收器，该接收器借助于由第一阀组件8和可选地由压力调节器或减压器截断的输送管道与容器4流体连通。

需要压力调节器来获得朝向催化床3的过氧化氢的恒定流动，并因此获得恒定的组件操作。

此外，组1还可以包括第二阀组件9，该第二阀组件9设计成截断流体氧化剂的输送或截断用于将该氧化剂从容器4分配到催化床3的通道。

组1也可以不包括推进或加压单元，而是例如设置有可通过压力或借助于合适的压力装置破裂的筒等，以便确定流体氧化剂的加压或该流体氧化剂从容器4到催化床3的输送。

然而，也可以将加压的过氧化氢存储在装置1中。

第一阀组件8和/或第二阀组件9可由控制单元或借助于合适的传感器控制和合适地操作。

该组可以在0米到500米之间的深度范围内的不同压力下操作。

热的输出气体优选不超过800℃，以便不影响潜艇的结构。

优选地，不提供该组的激发，因为流体氧化剂或过氧化氢在与催化床3接触时分解并因此变热，并且当进入燃烧室2时，它处于能够保证激发燃烧反应的条件下。

固体燃料可以包括惰性材料，例如选自由石蜡、热塑性或热固性材料组成的组的材料，例如(但不仅限于)聚乙烯、尼龙、聚碳酸酯和有机玻璃。

有利地，该组还包括用于产生涡流的装置10(参见图2)，该装置10被设计成在燃烧室2中产生流体氧化剂的或分解的过氧化氢的或流体氧化剂或过氧化氢的分解化合物的涡流，然后将涡流输送在固体燃料2a上，从而提高燃烧效率、退移速率和燃烧稳定性。

涡流是指流体氧化剂或过氧化氢的分解化合物流，该化合物流具有以湍流或涡流或螺旋方式撞击固体燃料的分量，例如不仅仅平行于(在燃烧室2中)暴露于分解化合物流的固体燃料的表面或块表面。如果需要，该涡流相对于该表面或那些表面具有切向分量并且如果需要具有轴向分量。

在这点上，固体燃料2a可在燃烧室2中布置成形成柱形元件，并且在这种情况下，流体氧化剂或过氧化氢的分解化合物流将沿着由柱形元件界定的座2b输送。同样，流体氧化剂或过氧化氢的流动的轴向分量是该流的基本上平行于柱形元件的纵向对称轴线的那些分量，而切向分量横向于或正交于该轴线。

因此，装置10布置在催化床3和燃烧室2之间，并且可以包括例如限定一个或多个通孔12的板11，所述通孔12例如相对于所述对称轴线具有螺旋或盘旋或弯曲的模式。更具体地说，孔12的主展开轴线与从催化床3到燃烧室2的过氧化氢的分解化合物的输送方向不平行。

或者，用于产生涡流的装置包括杯状元件或类似的元件，该元件具有带凸缘的端部并限定孔，这些孔横向于或正交于从催化床3到燃烧室2的过氧化氢的分解化合物的前进或输送方向。

如果需要，可提供致动阀以控制在燃烧室2的入口处分解的过氧化氢的质量流量，从而允许根据需要和要求来控制、关闭和重新点燃该组或气体发生器。

根据本发明的组可以安装在容纳壳体中。

本发明的目的还在于配备有一个或多个如上所述的组1的潜水艇或潜艇S。该潜水艇或潜艇S包括例如被约束在潜水艇或潜艇S的相应侧翼上的用于诸如水之类的压载流体的一个或多个压载罐或容纳罐B以及容纳或以其它方式通向压载罐或容纳罐B的一个或多个组。当然，这些容纳罐至少在初始时填充有水或压载流体。

在这种情况下，分配装置6(更具体地说是喷射器6b)直接地通向或非直接地通向容纳罐B，因此，供给在组中产生的燃烧气体，特别是如上所述冷却的燃烧气体，这增加了容纳罐中的压力，并决定了容纳罐的部分排空或全部排空。

容纳罐可以是开放的，并且可以设置有如上所述的盘或破碎挡板。

基本上，利用根据本发明的组，可以实现一种用于使潜水艇或潜艇S快速浮出和/或用于控制潜水艇或潜艇S的行进或前进的方法，该方法包括以下步骤：

-布置根据本发明的组1；

-以这样的方式容纳该组1，即：使得相应的分配装置6流入潜水艇或潜艇S的压载流体的容纳罐B中；

-控制流体氧化剂在分解单元3上的输送，使得分解单元分解或分离流体氧化剂；

-控制或确定流体氧化剂的分解化合物以在固体燃料2a上或与固体燃料2a接触的方式输送到燃烧室2中，以便引起流体氧化剂的分解化合物与所述固体燃料2a之间的燃烧反应，从而产生燃烧气体；

-通过分配装置6将燃烧气体(一种或多种)排放到容纳罐B中，从而使容纳罐B被排空。

此外，如果提供用于产生涡流的装置10，则命令或确定在装置10中输送流体氧化剂的分解化合物，以便产生化合物的涡流并将该涡流输送到燃烧室2中，然后输送到固体燃料块2a上。

根据组中存在的部件(例如喷嘴6a、喷射器6b和导引管道6c)，也可以提供其它处理步骤。

如将理解的，所使用的组分的定量范围取决于使用的具体情况，例如潜艇或已经存在的单元的尺寸。

这样，所产生的气体的压力分布可以根据需要进行控制，从而在上升阶段期间获得气体发生器的主动控制。

基本上，根据本发明的组是基于具有流体氧化剂和固体推进剂的混合推进剂气体发生器的EBD，这种EBD允许极端的操作通用性，因为它可被开启和关闭，并且由于燃料固有的惰性性质和涉及氧化剂的有限安全问题而具有有限的开发、管理和再装填成本。

因此，本发明保证了用混合气体发生器代替基于固态气体发生器的EBD系统。

根据本发明，将过氧化氢传送到催化床中，该催化床决定了过氧化氢在高温下分解成氧气和水蒸气，并且分解产物被注入到燃烧室中，从而引起燃烧的开始和发动机的点火。

氧化剂的流动也可以通过控制进入燃烧室的质量流量的致动阀来管理，从而允许根据需要和需求来控制、关闭和重新点燃气体发生器，因而确保利用固体推进器或气体发生器不能获得的通用性。

然而，燃料可以是惰性的，使得该燃料除非被分解成高温气体否则不会由于与氧化剂意外接触而反应，从而使得系统安全防止任何内部泄漏。

此外，在燃料或推进剂是完全惰性的情况下，这种燃料或推进剂对静电和电磁性质的干扰不敏感。

所用的过氧化氢也可以是稳定的，从而减少了在氧化剂意外滴落的情况下的问题。此外，过氧化氢是无毒的。

因而，可以简单地通过恢复氧化剂和替换燃料或燃料颗粒来再填充该组或系统。在这方面，由于氧化剂是无毒的并且燃料是惰性的，所以这种方法是廉价的。

此外，所使用的材料也是廉价的。

利用根据本发明的组，可以根据需要控制所产生的气体的压力分布，此外还可以在上升阶段期间执行气体发生器的主动控制，从而允许通过驾驶潜艇的系统或人来主动控制上升速度分布。

在权利要求所限定的保护范围内，可对本发明进行修改和改变。

Claims (18)

1.一种用于使潜水艇或潜艇(S)快速浮出和/或用于控制潜水艇或潜艇(S)的行进或前进的组或系统，所述组或系统限定燃烧室(2)并包括容纳在所述燃烧室(2)中或通向所述燃烧室(2)的一块固体燃料(2a)以及流体氧化剂的容器(4)和安装在所述燃烧室(2)的顶部处或下游的用于分配燃烧气体的分配装置(6)，其中所述组包括分解单元(3)，所述分解单元(3)设定成分解或分离从所述容器(4)离开的所述流体氧化剂，所述燃烧室(2)安装在所述分解单元(3)的头部处或下游，使得从所述分解单元(3)分解或分离的所述流体氧化剂以在所述固体燃料上或与所述固体燃料接触的方式分配到所述燃烧室(2)中，以便引起所述流体氧化剂和所述固体燃料(2a)之间的燃烧反应，所述燃烧反应的燃烧气体借助于所述分配装置(6)而被排放。

2.根据权利要求1所述的组，其中，所述流体氧化剂包括过氧化氢，所述过氧化氢相对于水具有大于70％或80％的质量浓度。

3.根据权利要求1或2所述的组，其中，所述分解单元包括催化床。

4.根据前述权利要求中任一项所述的组，其中，所述催化床包括被设定成限定用于所述流体氧化剂的曲折路径的网或格栅或多个堆叠格栅或多个小球。

5.根据前述权利要求中任一项所述的组，其中，所述固体燃料包括惰性材料。

6.根据权利要求5所述的组，其中，所述惰性材料选自由石蜡、热塑性材料或热固性材料构成的组。

7.根据前述权利要求中任一项所述的组，其中，所述过氧化氢用含量大于每百万分之10的稳定剂稳定。

8.根据前述权利要求中任一项所述的组，所述组包括用于产生涡流的装置(10)，所述装置(10)布置在所述分解单元(3)与所述燃烧室(2)之间，并且设定成产生所述流体氧化剂的分解化合物的涡流并且将所述涡流分配在所述燃烧室(2)中，然后分配在所述一块固体燃料(2a)上。

9.根据权利要求8所述的组，其中，用于产生涡流的所述装置(10)包括限定一个或多个通孔(12)的板(11)，所述通孔(12)具有螺旋或盘旋或弯曲的模式。

10.根据前述权利要求中任一项所述的组，其中，所述分配装置(6)设定成将一种或多种燃烧气体排放到潜水艇或潜艇(S)的压载水容纳罐(B)中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的组，其中，所述分配装置(6)包括喷嘴(6a)以及喷射器(6b)和供应导管(6c)，所述喷嘴(6a)安装在所述燃烧室(2)的头部处或者与所述燃烧室(2)流体连通，所述供应导管(6c)在冷却流体的罐和所述喷嘴(6a)或喷射器(6b)之间延伸，以便允许从所述燃烧室(2)离开的一种或多种燃烧气体进入所述喷嘴(6a)中，并且引起所述冷却流体从相应的所述罐抽吸到所述供应导管(6c)中，并且然后与所述一种或多种燃烧气体一起进入到所述喷射器(6b)中，从而冷却所述所述燃烧气体。

12.根据前述权利要求中任一项所述的组，所述组包括能够将所述流体氧化剂从所述容器(4)推向所述分解单元(3)的推进或加压单元(5)。

13.根据权利要求12所述的组，其中，所述推进或加压单元(5)包括加压流体的接收器。

14.根据权利要求13所述的组，所述组包括：输送导管，所述输送导管设定成将加压流体的所述接收器(5)放置成与所述容器(4)流体连通；以及第一阀组件(8)，所述第一阀组件截断所述输送管道。

15.根据前述权利要求中任一项所述的组，所述组包括第二阀组件(9)，所述第二阀组件设定成截断流体氧化剂的输送或截断用于将这种氧化剂从所述容器(4)分配到所述分解单元(3)的通道。

16.一种潜水艇或潜艇，所述潜水艇或潜艇包括用于压载流体的至少一个容纳罐(B)以及容纳在所述至少一个容纳罐(B)中或在任何情况下通向所述至少一个容纳罐(B)的至少一个组(1)，所述组(1)是根据前述权利要求中任一项所述的组(1)，所述至少一个组(1)的所述分配装置(6)通向所述至少一个容纳罐(B)，使得所述分配装置(6)设定成将在所述至少一个组(1)中产生的一种或多种燃烧气体供给到所述至少一个容纳罐(B)中，从而导致所述至少一个容纳罐(B)进行排空。

17.一种用于使潜水艇或潜艇(S)快速浮出和/或用于控制潜水艇或潜艇(S)的行进或前进的方法，所述方法包括以下步骤：

-布置根据权利要求1至15中任一项所述的组；

-以这样的方式容纳所述组，即：使得相应的分配装置(6)通向所述潜水艇或潜艇(S)的至少一个流体压载容纳罐(B)中；

-控制所述流体氧化剂在所述分解单元(3)上的输送，使得所述分解单元(3)分解或分离所述流体氧化剂；

-控制或确定所述流体氧化剂的分解化合物以在所述固体燃料(2a)上或与所述固体燃料接触的方式输送到所述燃烧室(2)中，以便引起所述流体氧化剂的分解化合物与所述固体燃料(2a)之间的燃烧反应，从而产生一种或多种燃烧气体；

-借助于所述分配装置(6)将一种或多种燃烧气体排放到所述至少一个容纳罐(B)中，从而使所述至少一个容纳罐(B)进行排空。

18.根据权利要求17所述的方法，利用根据权利要求8所述的装置，所述方法包括以下步骤：

-驱动或引起所述流体氧化剂的分解化合物在用于产生涡流的所述装置(10)中的输送，以便产生所述化合物的涡流并将所述化合物的涡流输送到所述燃烧室(2)中，并因此输送在所述一块固体燃料(2a)上。

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