RU185128U1 - Беспилотный подводный аппарат с прямоточной паровой ядерной энергоустановкой - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению, а именно к беспилотным подводным аппаратам (БПА) с паровыми ядерными энергоустановками и может быть использована для подводных боевых и гражданских исследовательских или транспортных судов.В БПА с прямоточной паровой ядерной энергоустановкой реализуются простейшие бесконтурный ядерный цикл и реализующая его ядерная энергетическая установка, которая в качестве источника ядерной тепловой энергии содержит тепловыделяющую сборку (ТВС) с количеством тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и их тепловой мощностью, обеспечивающей генерацию пара с температурой, исключающей его конденсацию на всех режимах его работы.Забортная вода поступает по осевому каналу в парогенератор, за счет тепла ТВС превращается в пар и через сопло, объемно расширяясь, отталкивается от забортной воды и при этом конденсируется.При использовании в торпеде забортной воды обеспечивается синергетический эффект, так как она используется в качестве рабочего тела для создания тяги для движения торпеды и для повышения удельной мощности взрыва основного боевого заряда ВВ, одновременно взрываясь с ним при окружном воздействии на нее газообразных продуктов взрыва.Подача забортной воды в парогенератор по прямому осевому каналу, использование в качестве источника тепловой энергии для генерации пара тепловыделяющей сборки (ТВС) с минимальным количеством тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) обеспечивают высокие тактико-технические характеристики аппаратов, такие как бесшумность, глубина, дальность и скорость хода.В БПА обеспечено упрощение конструкции аппарата и источника тепловой энергии, увеличение доли размещения полезной нагрузки, увеличение удельной мощности заряда ВВ при взрыве воды, находящееся внутри аппарата при использовании его в качестве боевой торпеды, повышение уровня радиационной безопасности аппаратов и снижение затрат на их производство и эксплуатацию.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению, а именно к беспилотным подводным аппаратам (БПА) с паровыми ядерными энергоустановками и может быть использована для подводных боевых и гражданских исследовательских или транспортных судов.

Впервые возможность создания торпеды с прямоточным водо-паровым атомным реактивным двигателем была высказана академик Сахаровым А.Д.

«...Я фантазировал, что можно разработать для такой торпеды прямоточный водо-паровой атомный реактивный двигатель...».

Известны атомные энергетические установки, содержащие ядерный реактор, парогенератор, паровую турбину, конденсаторы, насосы, радиационную защиту, систему управления реактором, циркуляционные контуры, вспомогательные агрегаты, электрогенератор и др.

Известен прямоточный ракетный двигатель с атомным реактором для атомных подводных лодок с использованием в качестве рабочего тела забортной воды, а в качестве источника тепла для генерации пара ядерный реактор, тепловыделяющие элементы и управляющие реакцией стержни которого установлены в камере генерации - парогенераторе, при этом реализуется простая, эффективная, экономичная и высокоэнергетическая бесконтурная схема (Патент РФ №2380563).

Однако применение для беспилотных малоразмерных аппаратов атомного реактора, особенно для боевых торпед с кратковременным ресурсом использования, значительно усложняет конструкцию и утяжеляет аппарат, снижая долю размещаемой полезной нагрузки, не обеспечивает радиационной безопасности и неоправданно завышает их стоимость.

При создании комплексного технического решения защищаемого полезной моделью ставились задачи - упрощение конструкции аппарата и источника тепловой энергии, увеличение доли размещения полезной нагрузки, увеличение удельной мощности заряда ВВ забортной водой при использовании аппарата в качестве боевой торпеды, повышение уровня радиационной безопасности аппаратов и снижение затрат на их производства и эксплуатацию.

Поставленные задачи решены тем, что подача забортной воды в парогенератор осуществляется по прямому осевому каналу, в качестве парогенератора используется цилиндрическая полость, в которой в качестве источника тепловой энергии для генерации пара установлена тепловыделяющая сборка (ТВС) с минимальным количеством тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и с тепловой мощностью, обеспечивающей генерацию пара с температурой исключающей его конденсацию.

Для гражданских и боевых БПА, рассчитанных на длительный срок эксплуатации возможен вариант исполнения ядерной энергоустановки с запуском после пуска аппарата неуправляемой реакции и управляемой реакцией с возможностью регулировки мощности ТВС, а также полной остановки в «спящий» режим и последующим ее включением.

При заборе забортной воды через заборник, выполненный в передней части аппарата, и дальнейшем движении ее по цилиндрическому осевому каналу за счет снижения площади лобового гидросопротивления, динамического напора и эжекции воды после парогенератора в предсопловой зоне паром обеспечиваются резкое снижение лобового гидросопротивления, обеспечивается максимальная скорость движения, бесшумность и пропульсивные качества аппарата.

Процесс генерации пара из морской воды происходит внутри торпеды и кавитационные шумы сопровождающие процесс изменения фазового состояния воды при переходе жидкости в пар и при конденсации в жидкость (скачки давления) происходят внутри торпеды без передачи возмущений окружающей торпеду воде и, соответственно, дальнейшего их распространения с возможностью фиксации гидроакустическим оборудованием.

Большой объем, занимаемый по всей длине в центральной части аппарата водой и паром, повышает степень его плавучести и снижает требования по балластированию, что в свою очередь повышает маневренность при управлении аппарата рулевыми средствами с большим диапазоном изменения глубины движения.

При использовании в торпеде в качестве теплоносителя и рабочего тела забортной воды обеспечивается синергетический эффект, так как кроме создания тяги для движения торпеды она повышает и удельную мощность взрыва основного боевого заряда ВВ одновременно взрываясь с ним при окружном воздействии на нее газообразных продуктов взрыва (Патент РФ ПМ №177942).

Для увеличения мощности взрыва заряда ВВ за счет взрыва воды она накапливается при движении торпеды в дополнительном объеме выполненном коаксиально вокруг осевого канала и с которым он сообщается свободно или через отверстия, выполненные в его стенке.

Боевой заряд ВВ в торпеде при отсутствии системы наведения размещается в коаксиальном объеме вокруг осевого канала по всей ее длине.

Подача забортной воды в парогенератор по прямому осевому каналу, использование в качестве источника тепловой энергии для генерации пара тепловыделяющей сборка (ТВС) с минимальным количеством тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) обеспечивают упрощение конструкции аппаратов, снижение стоимости их изготовления и высокие тактико-технические характеристики, такие как глубина, дальность и скорость хода.

В беспилотном аппарате бортовая аппаратура, управляющая работой ядерной энергетической установкой, аппаратура управляющая режимом движения и приводами рулей размещаются в задней части торпеды в кольцевом объеме вокруг сопла, а полезная нагрузка в остальном коаксиальном объеме вокруг осевого канала по всей длине аппарата.

На фиг. 1 изображен простейший вариант неуправляемой торпеды, где 1 - корпус, 2 - парогенератор, 3 - ТВС, 4 - осевой канал, 5 - дополнительный объем, 6 - сопло, 7 - заряд ВВ.

На фиг. 2 изображен управляемый БПА для гражданских исследовательских, транспортных судов и в качестве носителя боевого заряда, где, 4 - осевой канал без дополнительной полости, 8 - кольцевой отсек для управляющей работой ТВС и движением аппарата аппаратуры, 9 - полезный груз, 10 - рули управления.

В отличие от известных прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД), использующих в качестве рабочего тела атмосферный воздух, не изменяющий в рабочем цикле своего фазового состояния, а лишь ускоряющегося с использованием для движения реактивной силы истекающей струи газа, используемая в качестве рабочего тела для создания тяги забортная вода дважды изменяет в рабочем цикле свое агрегатное состояние.

При поступлении воды в парогенератор она превращается в пар высокого давления, превосходящего давление забортной воды за соплом, при этом тяга создается не реактивной силой истекающей с высокой скоростью струи пара, а наиболее эффективным объемным расширением пара, раздвигающим, отталкивающим вперед аппарат от забортной воды находящейся в сопле или за соплом, который при контакте с ней охлаждается и конденсируется.

Claims (3)

1. Беспилотный подводный аппарат (БПА) с прямоточной паровой ядерной энергоустановкой, содержащий канал для поступления забортной воды, парогенератор, источник тепловой энергии и сопло, характеризующийся тем, что канал выполнен осевым, в качестве парогенератора используется соосная каналу и соплу цилиндрическая полость, в которой в качестве ядерной энергетической установки установлена тепловыделяющая сборка (ТВС) с количеством тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и мощностью, обеспечивающей генерацию пара с температурой, исключающей его конденсацию.

2. БПА по п.1, характеризующийся тем, что тепловыделяющая сборка (ТВС) снабжена управляющей аппаратурой запуска неуправляемой реакции деления ядерного топлива, остановки неуправляемой реакции деления и регулирования ее тепловой мощности.

3. БПА по п.1 характеризующийся тем, что вокруг осевого канала в средней части его длины выполнен коаксиально дополнительный объем, с которым он сообщается непосредственно или через отверстия, выполненные в его стенке.

Images