RU2131376C1

RU2131376C1 - Submersible vehicle

Info

Publication number: RU2131376C1
Application number: RU98111421A
Authority: RU
Inventors: В.С. Григорчук
Original assignee: Григорчук Владимир Степанович
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 1999-06-10

Abstract

FIELD: shipbuilding; designing of submersible vehicles. SUBSTANCE: submersible vehicle includes pressure and outer hulls, power source, horizontal and vertical propulsion motors with propellers, ballast and trimming tanks, planes, rudders and control mechanism. Three hydrostatic engine kinematically linked with horizontal and vertical propulsors and inboard oxygen plant are arranged inside outer hull. When storage battery is charge, motion of submersible vehicle is effected by means of propulsion motors. When storage battery is discharged, motion of submersible vehicle is effected by means of hydrostatic engines which also set in motion propulsion motors which operate as DC generators in this case recharging the storage battery and supplying power to oxygen plant which operates by method of electrolysis of sea water. EFFECT: improved service characteristics of submersible vehicle. 7 cl, 18 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и может найти применение в качестве автономного подводного аппарата. The invention relates to the field of shipbuilding and may find application as an autonomous underwater vehicle.

Известен подводный аппарат-транспортировщик, содержащий легкий корпус с кабиной для размещения аквалангистов, источник электроэнергии, электродвигатель с гребным винтом, балластная цистерна с системой продувки сжатым воздухом, систему жизнеобеспечения. Водоизмещение 0,4 - 12 т, дальность плавания 2 - 6 км, глубина погружения 40 - 120 м (Морской энциклопедический словарь. Под ред. В.В. Дмитриева. - СПб.: Судостроение, 1993, К-П, с. 514). A well-known underwater transporter containing a light body with a cabin for scuba divers, an electric power source, an electric motor with a propeller, a ballast tank with a compressed air purge system, and a life support system. Displacement 0.4 - 12 tons, cruising range 2 - 6 km, immersion depth 40 - 120 m (Marine Encyclopedic Dictionary. Edited by V.V. Dmitriev. - St. Petersburg: Sudostroenie, 1993, KP, p. 514 )

Недостатками известного подводного аппарата-транспортировщика являются небольшая дальность плавания, малая глубина погружения. The disadvantages of the known underwater carrier are a small swimming range, a shallow depth of immersion.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией подводного аппарата-транспортировщика и ограниченными запасами электроэнергии на борту. These shortcomings are due to the design of the underwater transporter and the limited reserves of electricity on board.

Известен также американский подводный аппарат "Стар III", содержащий прочный сферический корпус, заключенный в легкий корпус веретенообразной формы, внутри которого установлены погружные аккумуляторные батареи, балластная цистерна с системой продувки сжатым воздухом, носовую и кормовую дифферентовочные цистерны, вертикальный, горизонтальный и маршевый гребные винты с приводными электродвигателями, механизмы управления. Глубина погружения 610 м, длина, ширина, высота 7,5 х 1,9 х 2,44 м, водоизмещение 10 т, полезная нагрузка 900 кг, мощность электродвигателей 2 х 1,75 кВт, 1 х 2 кВт, скорость движения 4 уз, дальность подводного плавания 8 миль, автономность 8 - 12 ч, экипаж 2 чел. /Морской энциклопедический словарь / Под ред. В.В. Дмитриева. - СПб.: Судостроение, 1993, К-П, с. 513; Диомидов М.Н., Дмитриев А.Н. Покорение глубин. - Л.: Судостроение, 1974, с. 174-176/. Also known is the American Star III underwater vehicle, which contains a robust spherical body enclosed in a lightweight spindle-shaped body, inside which are installed submersible batteries, a ballast tank with a compressed air purge system, bow and stern trim tanks, vertical, horizontal and mid-flight propellers with driven electric motors, control mechanisms. Immersion depth 610 m, length, width, height 7.5 x 1.9 x 2.44 m, displacement 10 t, payload 900 kg, electric motor power 2 x 1.75 kW, 1 x 2 kW, travel speed 4 knots , diving range 8 miles, autonomy 8 - 12 hours, crew 2 people. / Marine Encyclopedic Dictionary / Ed. V.V. Dmitrieva. - SPb .: Shipbuilding, 1993, KP, p. 513; Diomidov M.N., Dmitriev A.N. Conquering the depths. - L .: Shipbuilding, 1974, p. 174-176 /.

Известный подводный аппарат "Стар III", как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип. The well-known underwater vehicle "Star III", as the closest in technical essence and achieved useful result, adopted as a prototype.

Недостатки известного подводного аппарата "Стар III", принятого за прототип, те же. The disadvantages of the well-known underwater vehicle "Star III", taken as a prototype, are the same.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией подводного аппарата, ограниченным запасом электроэнергии и кислорода на борту, небольшой мощностью электродвигателей. These shortcomings are due to the design of the underwater vehicle, the limited supply of electricity and oxygen on board, and the low power of electric motors.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств подводных аппаратов. The aim of the present invention is to improve the performance of underwater vehicles.

Указанная цель, согласно изобретения, обеспечивается тем, что в легком корпусе дополнительно установлены: маршевый гидростатический двигатель, который через соединительные муфты и электродвигатель связан с гребным винтом, два гидростатических двигателя вертикального перемещения, каждый из которых через соединительные муфты и электродвигатель соединен с вертикальным гребным винтом, подводная установка получения кислорода, электрически подключенная к источнику постоянного тока. The specified purpose, according to the invention, is ensured by the fact that in the lightweight housing there are additionally installed: a marching hydrostatic engine, which is connected to the propeller through the couplings and an electric motor, two hydrostatic vertical displacement motors, each of which is connected to a vertical propeller through the couplings and an electric motor , an underwater oxygen production unit, electrically connected to a direct current source.

На фиг. 1 изображен общий вид подводного аппарата; на фиг.2 - вид на подводный аппарат сверху; на фиг. 3 - вид на подводный аппарат в разрезе; на фиг. 4 - общий вид гидростатического двигателя; на фиг. 5 - разрез по А-А фиг. 4; на фиг. 6 - вид на гидростатический двигатель сверху; на фиг. 7 - разрез по А-А фиг. 6; на фиг. 8 - общий вид ротора гидростатического двигателя; на фиг. 9 - разрез по А-А фиг. 8; на фиг. 10 - разрез по Б-Б фиг. 8; на фиг. 11 и 12 - схема сил, действующих на боковые стенки каналов ротора гидростатического двигателя; на фиг. 13 и 14 - принцип действия гидростатического двигателя при прямом и обратном вращении ротора; на фиг. 15 - схема регулирования мощности гидростатического двигателя; на фиг. 16 - схема привода и управления маршевым движителем; на фиг. 17 - схема привода и управления вертикальными движителями; на фиг. 18 - схема устройства подводной кислородной установки. In FIG. 1 shows a General view of the underwater vehicle; figure 2 is a view of the underwater vehicle from above; in FIG. 3 is a sectional view of an underwater vehicle; in FIG. 4 is a general view of a hydrostatic engine; in FIG. 5 is a section along AA of FIG. 4; in FIG. 6 is a top view of a hydrostatic engine; in FIG. 7 is a section along AA of FIG. 6; in FIG. 8 is a general view of the rotor of a hydrostatic engine; in FIG. 9 is a section along AA of FIG. eight; in FIG. 10 is a section along BB of FIG. eight; in FIG. 11 and 12 is a diagram of the forces acting on the side walls of the channels of the rotor of a hydrostatic engine; in FIG. 13 and 14 - the principle of operation of a hydrostatic engine with forward and reverse rotation of the rotor; in FIG. 15 is a power control diagram of a hydrostatic engine; in FIG. 16 is a diagram of the drive and control of the marching propulsion; in FIG. 17 is a diagram of a drive and control of vertical propulsion devices; in FIG. 18 is a diagram of an apparatus for an underwater oxygen installation.

Предлагаемый подводный аппарат содержит прочный сферический корпус 1, имеющий иллюминаторы 2, в котором размещен экипаж и установлена аппаратура системы жизнеобеспечения, размещенный внутри легкого корпуса 3 веретенообразной формы, имеющего в верхней части рубку 4, внутрь которой выходит входной люк 5 прочного корпуса. В задней части легкий корпус имеет горизонтальный 6 и вертикальные 7 рули. Внутри задней части легкого корпуса установлены балластная цистерна 8, погружные аккумуляторные батареи 9, баллоны сжатого воздуха 10 системы продувки балластной цистерны, задняя дифферентовочная цистерна 11. Маршевый движитель 12, установленный в кольце 13, посредством соединительных муфт 14 и 15 и погружного электродвигателя постоянного тока 16 соединен с маршевым гидростатическим двигателем 17. В передней части легкого корпуса размещены горизонтальный двигатель 18, представляющий собой гребной винт, установленный в канале и механически соединенный с электродвигателем, не показанным на чертеже, носовая дифферентовочная цистерна 19, установка получения кислорода 20 с баллонами 21, плита 22 для крепления научно-исследовательских приборов с установленным на ней манипулятором 23. В передней части легкого корпуса выполнен сквозной вертикальный канал 24, внутри которого размещен передний вертикальный движитель, содержащий гребной винт 25, соединительные муфты 26 и 27, погружной электродвигатель 28 и гидростатический двигатель 29. В задней части легкого корпуса выполнен сквозной вертикальный канал, в котором установлен задний вертикальный движитель, содержащий гребной винт 30, соединительные муфты 31 и 32, погружной электродвигатель постоянного тока 33 и гидростатический двигатель 34. Все три гидростатических двигателя имеют одинаковое устройство и каждый из них содержит опорную плиту 35 с отверстиями для крепления, к которой болтами привернуты две боковые стойки 36 и 37. В верхней части обе стойки соединены шпилькой 38, а в нижней части они закреплены штоком 39, который выполнен как одно целое с поршнем 40, вставленным в цилиндр 41, закрытый с обеих сторон крышками 42 и 43 и выполненным заодно с кольцом 44, имеющим направляющую 45, охватывающую шпильку. Внутрь кольца вставлен и закреплен в подшипниках стоек ротор 46, выполненный в форме сплошного цилиндрического тела заодно с выходным валом 47, имеющим шлиц. В передней части ротора выполнены глухие, открывающиеся наружу каналы квадратного или круглого сечения, расположенные в несколько рядов, причем в каждом ряду каналы разбиты на четыре группы 48 - 51 и лежат в одной плоскости. Дно каждого из каналов выполнено под углом α к линии, проходящей через центр вращения и разделяющей две группы противоположно направленных каналов. Это необходимо для того, чтобы площади передней и задней стенок (в направлении вращения ротора) были равны, а площади боковых стенок (в продольном направлении) также были равны между собой /фиг. 11 и 12/. Каждая последующая группа каналов смещена относительно предыдущей на угол 90 градусов /фиг. 9/. В задней части ротора выполнены глухие, открывающиеся наружу каналы квадратного или круглого сечения, расположенные в несколько рядов, причем в каждом ряду каналы разбиты на четыре группы 52 - 55 и лежат в одной плоскости. Дно каждого из каналов выполнено под углом β к линии, проходящей через центр вращения и разделяющей две группы противоположно направленных каналов. Каждая последующая группа каналов смещена относительно предыдущей на угол 90^o /фиг. 10/. Каналы в задней части ротора смещены относительно каналов в передней части ротора на угол 90^o. Соединительные муфты маршевого движителя имеют вилки 56, 57, кинематически связанные с поршнями гидроцилиндров 58, 59. Внутренние полости этих гидроцилиндров и внутренние полости гидроцилиндра гидростатического двигателя привода маршевого движителя посредством трубопроводов подключены к гидросистеме управления, содержащей масляный бак 60, масляный насос 61, приводимый в движение электродвигателем и имеющим редукционный клапан, шестиходовой кран управления, состоящий из корпуса 62 и золотника 63, имеющего два перепускных отверстия 64. Соединительные муфты вертикальных движителей посредством вилок 65 - 68 кинематически соединены с поршнями гидроцилиндров 69 - 72. Внутренние полости этих гидроцилиндров и полости гидроцилиндров гидростатических двигателей вертикальных движителей посредством трубопроводов соединены с гидросистемой, содержащей масляный бак 73, масляный насос 74, приводимый в движение электродвигателем и имеющий редукционный клапан, шестиходовой кран управления, состоящий из корпуса 75 и золотника 76, имеющего два перепускных отверстия 77. Свободные полости в легком корпусе заполнены пенопластом 78. Подводная установка получения кислорода состоит из прочного корпуса 79, выложенного изнутри изоляционным материалом U-образной формы, переходящего в верхней части в два шаровых сосуда 80 и 81, один из которых по объему в два раза больше другого. Внутри корпуса на изоляционных стойках закреплены анод 82 и катод 83, выводы которых подключены к источнику постоянного тока. В верхней части большой шаровой сосуд имеет выпускной клапан 84 и эжекторное устройство, состоящее из канала 85, внутри которого размещена форсунка 86. В верхней части малого шарового сосуда расположен цилиндр 87, в который вставлен поршень 88, с возможностью свободного перемещения, имеющий центральное отверстие и делящий внутренний объем на верхнюю и нижнюю полости. В нижней полости установлен выпускной клапан 89, шток которого проходит через отверстие в поршне и через рычаги 90 и 91, тягу 92 соединен с выпускным клапаном большого шарового сосуда. Верхняя полость цилиндра связана с окружающей водной средой посредством трубопровода с золотником 93, который кинематически соединен с мембраной регулятора давления 94. Выпускной клапан, размещенный в нижней полости цилиндра, связанного с малым шаровым сосудом, нагружен пружиной 95, а упомянутая полость посредством трубопровода соединена с циклоном, состоящим из корпуса 96, представляющего собой цилиндрический сосуд, внутрь которого вварена выхлопная труба 97, имеющая спиральное ребро 98 и в верхней части переходящая в цилиндр, внутри которого размещен выпускной клапан 99, фильтр 100, который пневматически соединен с кислородными баллонами 101. Корпус циклона разделен на три полости: верхнюю 102, среднюю 103 и нижнюю 104, которые связаны между собой двойным клапаном 105, нагруженным пружиной 106, причем нижняя полость посредством трубопровода соединена с форсункой эжекторного устройства. В нижней части U-образный корпус имеет впускной и выпускной управляемые клапаны. Впускной управляемый клапан состоит из корпуса 107 в форме стакана, имеющего впускные окна 108, золотника 109 с перепускным отверстием 110, нагруженного пружиной 111. Входное отверстие впускного управляемого клапана закрыто решеткой 112, его рабочая полость трубопроводом соединена с форсункой эжекторного устройства, а на корпус надета катушка соленоида 113, сердечником которой является золотник упомянутого клапана. Выпускной управляемый клапан состоит из корпуса 114 в форме стакана, имеющего выпускные окна 115, золотника 116 с перепускным отверстием 117, нагруженного пружиной 118. Рабочая полость и выходной канал клапана трубопроводом соединены с форсункой эжекторного устройства.The proposed underwater vehicle contains a strong spherical body 1 having portholes 2, in which the crew is placed and life support system equipment is installed, located inside the light body 3 spindle-shaped, having a deckhouse 4 in the upper part of which the entrance hatch 5 of the strong body exits. At the rear, the lightweight body has horizontal 6 and vertical 7 rudders. A ballast tank 8, submersible batteries 9, compressed air cylinders 10 of the ballast tank purge system, a rear trim tank 11 are installed inside the back of the lightweight housing. Marching propulsion 12 mounted in ring 13 by means of couplings 14 and 15 and a submersible DC motor 16 connected to the marching hydrostatic engine 17. In the front part of the light housing there is a horizontal engine 18, which is a propeller mounted in the channel and mechanically inenny with an electric motor not shown in the drawing, nose trim tank 19, oxygen production unit 20 with cylinders 21, plate 22 for mounting scientific research devices with mounted manipulator 23. A through vertical channel 24 is made in front of the light body, inside of which a front vertical propulsion device is arranged comprising a propeller 25, couplings 26 and 27, a submersible motor 28 and a hydrostatic engine 29. A through vertical is made in the rear of the lightweight housing a channel in which a rear vertical propulsion device is installed, comprising a propeller 30, couplings 31 and 32, a DC immersion motor 33, and a hydrostatic motor 34. All three hydrostatic motors have the same device and each of them contains a base plate 35 with holes for mounting , to which two side posts 36 and 37 are screwed. In the upper part, both posts are connected by a pin 38, and in the lower part they are fixed by a rod 39, which is made integrally with the piston 40 inserted in the cylinder 41, s covered on both sides with covers 42 and 43 and made integral with the ring 44 having a guide 45 covering the pin. A rotor 46, made in the form of a continuous cylindrical body at the same time with an output shaft 47 having a slot, is inserted and fixed in the bearings of the racks. In the front part of the rotor, blind channels of square or circular cross section are arranged that are opened outward and are arranged in several rows, and in each row the channels are divided into four groups 48-51 and lie in the same plane. The bottom of each channel is made at an angle α to the line passing through the center of rotation and separating two groups of oppositely directed channels. This is necessary so that the areas of the front and rear walls (in the direction of rotation of the rotor) are equal, and the areas of the side walls (in the longitudinal direction) are also equal / Fig. 11 and 12 /. Each subsequent group of channels is offset relative to the previous one by an angle of 90 degrees / Fig. nine/. In the rear part of the rotor, there are blind, square or circular channels that open outward, located in several rows, and in each row the channels are divided into four groups 52 - 55 and lie in the same plane. The bottom of each channel is made at an angle β to the line passing through the center of rotation and separating two groups of oppositely directed channels. Each subsequent group of channels is offset relative to the previous one by an angle of 90 ^° / Fig. ten/. The channels in the rear of the rotor are offset from the channels in the front of the rotor by an angle of 90 ^o . The couplings of the mid-flight propulsion unit have forks 56, 57 kinematically connected with the pistons of the hydraulic cylinders 58, 59. The internal cavities of these hydraulic cylinders and the internal cavities of the hydraulic cylinder of the hydrostatic drive motor of the mid-flight propulsion are connected via pipelines to the hydraulic control system containing an oil tank 60, an oil pump 61 driven in movement by an electric motor and having a pressure reducing valve, a six-way control valve, consisting of a housing 62 and a spool 63, having two bypass holes 64. Connection The couplings of the vertical propulsors by means of forks 65 - 68 are kinematically connected with the pistons of the hydraulic cylinders 69 - 72. The internal cavities of these hydraulic cylinders and the hydraulic cylinders of the hydrostatic engines of the vertical propellers are connected via pipelines to a hydraulic system containing an oil tank 73, an oil pump 74 driven by an electric motor and having pressure reducing valve, six-way control valve, consisting of a housing 75 and a spool 76 having two bypass openings 77. Free cavities in the lung to the housing is filled with polystyrene 78. The underwater oxygen production unit consists of a durable casing 79, lined with insulating U-shaped material from the inside, passing in the upper part into two ball vessels 80 and 81, one of which is twice as large in volume as the other. Anode 82 and cathode 83 are fixed on the insulating racks inside the casing, the leads of which are connected to a direct current source. In the upper part of the large ball vessel has an exhaust valve 84 and an ejector device consisting of a channel 85, inside which the nozzle 86 is placed. In the upper part of the small ball vessel there is a cylinder 87, into which the piston 88 is inserted, with the possibility of free movement, having a Central hole dividing the internal volume into the upper and lower cavities. An exhaust valve 89 is installed in the lower cavity, the stem of which passes through an opening in the piston and through levers 90 and 91, a rod 92 is connected to the exhaust valve of a large ball vessel. The upper cavity of the cylinder is connected to the surrounding aqueous medium through a pipeline with a spool 93, which is kinematically connected to the membrane of the pressure regulator 94. An exhaust valve located in the lower cavity of the cylinder connected to a small ball vessel is loaded with a spring 95, and the cavity is connected via a pipeline to the cyclone consisting of a housing 96, which is a cylindrical vessel, into which an exhaust pipe 97 is welded, having a spiral rib 98 and in the upper part passing into a cylinder, inside of which the exhaust valve 99, a filter 100, which is pneumatically connected to oxygen cylinders 101 is placed. The cyclone body is divided into three cavities: upper 102, middle 103 and lower 104, which are interconnected by a double valve 105, loaded with a spring 106, and the lower cavity through a pipeline connected to the nozzle of the ejector device. In the lower part, the U-shaped housing has inlet and outlet controlled valves. The inlet controlled valve consists of a cup-shaped body 107 having inlet windows 108, a spool 109 with a bypass hole 110 loaded with a spring 111. The inlet of the inlet controlled valve is closed by a grill 112, its working cavity is connected by a pipe to the nozzle of the ejector device, and is put on the body a solenoid coil 113, the core of which is the spool of said valve. The outlet controlled valve consists of a cup-shaped body 114 having outlet ports 115, a spool 116 with a bypass hole 117 loaded with a spring 118. The working cavity and the valve outlet channel are connected by a pipe to the nozzle of the ejector device.

Работа подводного аппарата
После прибытия вспомогательного судна к месту погружения подводного аппарата на последнем проводят подготовительные работы, проверяют исправность всех систем и затем его посредством подъемного крана опускают на воду. Заняв свои рабочие места, экипаж начинает спуск на заданную глубину и движение в нужном направлении. Для этого открываются клапана и балластная цистерна 8 заполняется водой, затем начинается спуск, который можно ускорить включением электродвигателей 28, 33 вертикальных движителей 25, 30, при этом соединительные муфты 27 и 32 разъединены, а соединительные муфты 26 и 31 включены, гидростатические двигатели 29, 34 выключены. Достигнув необходимой глубины, подводный аппарат прекращает вертикальное движение, посредством дифферентовочных цистерн 19 и 11 ему придается горизонтальное положение и он начинает движение за счет маршевого движителя 12. Находясь на заданной глубине, подводный аппарат может совершать движение в вертикальной и горизонтальной плоскостях посредством электродвигателей 28, 33, 16 или гидростатических двигателей 29, 34, 17, при этом управление подводным аппаратом осуществляется горизонтальным 6 и вертикальными 7 рулями, а вращение вокруг вертикальной оси за счет горизонтального движителя 18, вращаемого электродвигателем, не показанным на чертеже. Принцип действия всех трех гидростатических двигателей одинаков и основан на использовании силы Архимеда, действующей на дно каждого из каналов в передней или задней части ротора и образующей несколько пар сил, точки приложения которых симметрично удалены по обе стороны от центра вращения. Для горизонтального движения подводного аппарата с помощью гидростатического двигателя 17 необходимо передвинуть и повернуть на 90^o золотник 63 последовательно в положения, показанные на фиг. 16 пунктиром. При этом жидкость будет подаваться из бака 60 насосом 61 в одну из полостей и удаляться из другой гидроцилиндров 58, 59. Поршни этих гидроцилиндров переместятся вправо и включат соединительные муфты 14 и 15. Одновременно с этим жидкость удаляется из левой полости и поступает в правую полость гидроцилиндра управления 41 гидростатического двигателя 17. Корпус указанного гидроцилиндра смещается влево и вместе с ним в ту же сторону перемещается кольцо 44 и закрывает задние каналы 52 - 55. Окружающая подводный аппарат вода поступает во все группы передних каналов 48 - 51 и производит давление на боковые стенки и дно каждого из упомянутых каналов. Так как размеры боковых стенок равны l = l₁, l₂ = l₃, l₄ = l₅, l₆ = l₇, то площади противоположных стенок также равны. Следовательно, силы, действующие на эти стенки, также равны и уравновешивают друг друга F = F₁, F₂ = F₃, F₄ = F₅, F₆ = F₇ /фиг. 11 и 12 /. Сила Архимеда, действующая на дно каждого из каналов 48 - 51, ничем не уравновешена и создает пары оил F_p, F_p1, F_p2, F_p3,F_p4, F_p5, точки приложения которых симметрично удалены от центра вращения /фиг. 13/. Эти пары сил заставляют ротор 46 вращаться и через соединительные муфты 14, 15, электродвигатель 16 приводить во вращение гребной винт 12, создающий упор и заставляющий подводный аппарат двигаться вперед. Электродвигатель 16 при этом работает в режиме генератора постоянного электрического тока. Полученная электроэнергия поступает на зарядку аккумуляторных батарей 9. Чем больше глубина погружения, тем больше давление на дно каждого канала и тем больше мощность на валу 47 гидростатического двигателя, частота вращения которого будет определяться нагрузкой. Время работы гидростатического двигателя, находящегося на достаточной глубине, не ограничено. Для обеспечения движения подводного аппарата задним ходом необходимо передвинуть вправо на одну ступень и повернуть на 90^o золотник 63 шестиходового крана управления маршевым гидростатическим двигателем /на фиг. 16 показано двумя пунктирными линиями/. Жидкость из бака 60 насосом 61 станет подаваться в гидроцилиндр управления 41, который станет смещаться вправо и передвинет в ту же сторону втулку 44, которая, перемещаясь, закроет передние группы каналов 48 - 51 и откроет задние группы каналов 52 - 55. Сила Архимеда, как описано выше, производит давление на дно каждого из задних каналов и создает пары сил, приложенные к ротору 46 и заставляющие его вращаться. Но так как задние группы каналов смещены относительно передних групп каналов, то вращение ротора будет происходить в обратном направлении /фиг. 14/. Для остановки гидростатического двигателя 17 необходимо посредством шестиходового крана переместить и зафиксировать в среднем положении втулку 44. В этом случае передние и задние каналы окажутся открытыми и вода, попавшая в передние каналы, будет стремиться повернуть ротор в прямом направлении, а вода, попавшая в задние каналы, будет стремиться повернуть ротор в противоположном направлении. Так как силы, действующие в том и другом направлениях, одинаковы, то ротор остановится и будет неподвижен. Скорость движения подводного аппарата можно изменять путем увеличения или уменьшения мощности гидростатического двигателя. Это достигается закрытием одного или нескольких рядов передних или задних каналов, что ведет к изменению сил, действующих в прямом и обратном направлениях. На фиг. 15 показано пунктиром, что ротор вращается в обратном направлении с минимальной мощностью. Максимальная мощность в обратном направлении будет тогда, когда втулка 44 полностью перекроет передние каналы. Кроме того, наружные силы жидкости F_н, действующие на ротор, не препятствуют вращению ротора и не создают дополнительного вращающего момента потому, что вектор действия этих сил проходит через центр вращения /фиг. 13 и 14/. При отсутствии необходимости вертикального перемещения подводного аппарата под водой посредством соединительных муфт 26 и 31 гребные винты 25 и 30 отключаются передвижением золотника 76 вправо и поворотом его на 90^o /на фиг. 17 показано пунктиром/. Жидкость насосом 74 из бака 73 подается в цилиндры 69 и 71, поршни, перемещаясь, отключают гребные винты. Напротив, две другие соединительные муфты 27 и 32 и оба гидростатических двигателя 29 и 34 включены. При этом последние вращают электродвигатели 28 и 33 и они, работая в режиме генераторов, вырабатывают электроэнергию, которая поступает на зарядку аккумуляторных батарей 9, если есть в этом необходимость. Электрические цепи в режиме использования электродвигателей в качестве генераторов должны быть оборудованы диодными матрицами, не показанными на чертеже, обеспечивающими необходимую полярность постоянного электрического тока, при изменении направления вращения генераторов при реверсе тех или иных движителей. Для увеличения скорости движения подводного аппарата в горизонтальной или вертикальной плоскостях гидростатические двигатели могут работать совместно с соответствующими электродвигателями, а для более быстрого маневрирования вертикальные и горизонтальный движители могут приводится только электродвигателями. Наличие на борту подводного аппарата нескольких дополнительных генераторов постоянного тока дает возможность использовать более мощные осветительные приборы, применить обогрев рабочих мест экипажа, установить дополнительную аппаратуру. Кроме того, часть электроэнергии, вырабатываемой электродвигателями 16, 29, 34, работающими в режиме генераторов, может быть использована для получения кислорода. Подводная кислородная установка работает следующим образом. В момент погружения подводного аппарата клапаны 89, 84 и золотники 109, 116 закрыты и внутри U-образного сосуда находится воздух. Как только будет достигнута необходимая глубина нажатием кнопки, не показанной на чертеже, пускается ток в обмотку соленоида 113. Возникшее магнитное поле втягивает золотник 109, который, перемещаясь вправо, открывает доступ забортной воде внутрь U-образного сосуда. Вода сжимает находящийся там воздух. При этом под давлением забортной воды сжимается мембрана регулятора 94, преодолевая сопротивление пружины. Золотник 93 поворачивается на соответствующий угол, регулируя давление воды, поступающей в цилиндр 87 и перемещающей поршень 88, который увеличивает на необходимую величину силу пружины 95. Затем соленоид 113 отключается, а золотник 109 под действием пружины 111 перемещается влево и закрывает доступ забортной воде в U-образный сосуд. После этого подается постоянный ток на анод 82 и катод 83. В результате прохождения электрического тока через морскую воду она разлагается на кислород у анода и водород у катода. Кислород скапливается в верхней части малого сферического сосуда 80, а водород /по объему в два раза больше/ скапливается в верхней части большого сферического сосуда 81. Растворенные в морской воде соли при этом опускаются в нижнюю часть U-образного сосуда, увеличивая ее концентрацию в нижней части. Как только давление кислорода станет значительно выше, чем давление на клапан 89, он поднимается вверх и через рычаги 90, 91, тягу 92 открывает клапан 84. При этом кислород по трубопроводу попадает в корпус 96 циклона, где, совершая вращательное движение, освобождается от попавшей вместе c ним воды, которая стекает в верхнюю полость 102, закрывая двойной клапан 105. Далее кислород проходит через выхлопную трубу 97, открывая клапан 99, фильтр 100 и поступает в баллоны 101. Одновременно c этим водород через открытый клапан 84 выбрасывается в трубу 85 эжекторного устройства, создавая в ней разрежение. Вследствие этого золотник 109 входного управляемого клапана перемещается вправо, сжимая пружину 111 и впускает новую порцию воды в U-образный сосуд, а золотник 116 управляемого выпускного клапана также перемещается вправо, сжимая пружину 118. Под действием разрежения часть воды, обогащенной солями, удаляется из нижней части U-образного сосуда и по трубопроводу выбрасывается наружу через форсунку 86. Скопившаяся в нижней полости 104 циклона вода за счет разрежения также выбрасывается через форсунку 86. После прекращения разрежения золотники 109, 116 под действием пружин 111, 118 смещаются влево и закрывают доступ забортной воде внутрь U-образного сосуда. Клапаны 89 и 84 закрываются и процесс повторяется снова. После заполнения баллонов 101 установка отключается После выполнения намеченной программы производится всплытие, которое может осуществляться с помощью рулей глубины 7 при горизонтальном движении с одновременной продувкой балластной цистерны 8 сжатым воздухом из баллонов 10. В случае отсутствия горизонтального движения всплытие производится посредством гребных винтов 25 и 30, приводимых в движение электродвигателями 28, 33 или гидростатическими двигателями 29, 34, мощность которых будет уменьшаться до нуля при приближении к поверхности. При аварийной ситуации, когда полностью израсходован запас сжатого воздуха в баллонах 10 для продувки балластной цистерны 8, можно использовать кислородные баллоны 101 (не показаны).Underwater vehicle
After the arrival of the auxiliary vessel to the place of immersion of the underwater vehicle, the latter carry out preparatory work, check the serviceability of all systems and then lower it into the water by means of a crane. Having taken their jobs, the crew begins the descent to a given depth and moves in the right direction. To do this, the valves open and the ballast tank 8 is filled with water, then the descent begins, which can be accelerated by turning on the electric motors 28, 33 of the vertical propellers 25, 30, while the couplings 27 and 32 are disconnected, and the couplings 26 and 31 are turned on, hydrostatic motors 29, 34 off. Having reached the required depth, the underwater vehicle stops vertical movement, by means of trim tanks 19 and 11 it is given a horizontal position and it starts to move due to the marching mover 12. Being at a given depth, the underwater vehicle can move in vertical and horizontal planes by means of electric motors 28, 33 , 16 or hydrostatic engines 29, 34, 17, while the underwater vehicle is controlled by horizontal 6 and vertical 7 rudders, and rotation around vertical th axis due to the horizontal mover 18, the turning electric motor, not shown. The principle of operation of all three hydrostatic engines is the same and is based on the use of the Archimedes force acting on the bottom of each channel in the front or rear of the rotor and forming several pairs of forces, the application points of which are symmetrically removed on both sides of the center of rotation. For the horizontal movement of the underwater vehicle using a hydrostatic engine 17, it is necessary to move and rotate 90 ^{° the} spool 63 sequentially to the positions shown in FIG. 16 dotted line. In this case, the liquid will be supplied from the tank 60 by the pump 61 to one of the cavities and removed from the other hydraulic cylinders 58, 59. The pistons of these hydraulic cylinders will move to the right and turn on the couplings 14 and 15. At the same time, the liquid is removed from the left cavity and enters the right cavity of the hydraulic cylinder control 41 of the hydrostatic engine 17. The housing of the specified hydraulic cylinder is shifted to the left and with it the ring 44 moves in the same direction and closes the rear channels 52 - 55. The water surrounding the underwater vehicle enters all groups of the front channels 48 - 51 and produces a pressure on the side walls and the bottom of each of said channels. Since the dimensions of the side walls are l = l ₁ , l ₂ = l ₃ , l ₄ = l ₅ , l ₆ = l ₇ , the areas of the opposite walls are also equal. Consequently, the forces acting on these walls are also equal and balance each other F = F ₁ , F ₂ = F ₃ , F ₄ = F ₅ , F ₆ = F ₇ / Fig. 11 and 12 /. The Archimedes force acting on the bottom of each channel 48 - 51 is unbalanced and creates pairs of oil F _p , F _p1 , F _p2 , F _p3 , F _p4 , F _p5 , the application points of which are symmetrically removed from the center of rotation / Fig. 13/. These pairs of forces cause the rotor 46 to rotate and through the couplings 14, 15, the motor 16 to rotate the propeller 12, which creates a stop and forcing the underwater vehicle to move forward. The electric motor 16 in this case operates in the form of a constant current generator. The resulting electricity is supplied to charge the batteries 9. The greater the immersion depth, the greater the pressure on the bottom of each channel and the greater the power on the shaft 47 of the hydrostatic engine, the speed of which will be determined by the load. The operating time of a hydrostatic engine at a sufficient depth is not limited. To ensure the movement of the underwater vehicle in reverse, it is necessary to move to the right one step and turn 90 ^{o the} spool 63 of the six-way control crane for the marching hydrostatic engine / in FIG. 16 is shown by two dashed lines. The liquid from the tank 60 by the pump 61 will be supplied to the control cylinder 41, which will shift to the right and move the sleeve 44 in the same direction, which, moving, will close the front channel groups 48 - 51 and open the rear channel groups 52 - 55. The strength of Archimedes, as described above, produces pressure on the bottom of each of the rear channels and creates a pair of forces applied to the rotor 46 and causing it to rotate. But since the rear groups of channels are offset relative to the front groups of channels, the rotation of the rotor will occur in the opposite direction / Fig. fourteen/. To stop the hydrostatic engine 17, it is necessary to move the sleeve 44 and lock it in the middle position by means of a six-way valve. In this case, the front and rear channels will be open and the water entering the front channels will tend to rotate the rotor in the forward direction, and the water entering the rear channels , will tend to rotate the rotor in the opposite direction. Since the forces acting in both directions are the same, the rotor will stop and will be stationary. The speed of the underwater vehicle can be changed by increasing or decreasing the power of the hydrostatic engine. This is achieved by closing one or more rows of front or rear channels, which leads to a change in the forces acting in the forward and reverse directions. In FIG. 15 shows in broken lines that the rotor rotates in the opposite direction with minimum power. The maximum power in the opposite direction will be when the sleeve 44 completely blocks the front channels. In addition, the external fluid forces F _n acting on the rotor do not interfere with the rotation of the rotor and do not create additional torque because the action vector of these forces passes through the center of rotation / Fig. 13 and 14 /. If there is no need for vertical movement of the underwater vehicle under water by means of couplings 26 and 31, the propellers 25 and 30 are turned off by moving the spool 76 to the right and turning it 90 ^° / in FIG. 17 is indicated by a dotted line. The fluid pump 74 from the tank 73 is fed into the cylinders 69 and 71, the pistons, moving, turn off the propellers. In contrast, two other couplings 27 and 32 and both hydrostatic motors 29 and 34 are included. At the same time, the latter rotate the electric motors 28 and 33 and they, working in the generator mode, generate electricity, which is supplied to charge the batteries 9, if necessary. Electric circuits in the mode of using electric motors as generators must be equipped with diode arrays, not shown in the drawing, providing the necessary polarity of the direct electric current when changing the direction of rotation of the generators when reversing certain motors. To increase the speed of movement of the underwater vehicle in horizontal or vertical planes, hydrostatic engines can work together with the corresponding electric motors, and for faster maneuvering, vertical and horizontal propulsors can only be driven by electric motors. The presence on board the underwater vehicle of several additional DC generators makes it possible to use more powerful lighting devices, apply heating to crew workplaces, and install additional equipment. In addition, part of the electricity generated by electric motors 16, 29, 34, operating in generator mode, can be used to produce oxygen. Underwater oxygen installation operates as follows. At the time of immersion of the underwater vehicle, valves 89, 84 and spools 109, 116 are closed and there is air inside the U-shaped vessel. As soon as the required depth is reached by pressing a button not shown in the drawing, a current is injected into the coil of the solenoid 113. The resulting magnetic field draws the spool 109, which, moving to the right, allows outside water to enter the U-shaped vessel. Water compresses the air there. At the same time, under the pressure of sea water, the membrane of the regulator 94 is compressed, overcoming the resistance of the spring. The spool 93 is rotated by an appropriate angle, adjusting the pressure of the water entering the cylinder 87 and moving the piston 88, which increases the force of the spring 95 by the required amount. Then the solenoid 113 is turned off, and the spool 109 is moved to the left by the action of the spring 111 and closes the access to sea water in U -shaped vessel. After that, direct current is supplied to the anode 82 and cathode 83. As a result of the passage of electric current through seawater, it decomposes into oxygen at the anode and hydrogen at the cathode. Oxygen accumulates in the upper part of the small spherical vessel 80, and hydrogen / by volume twice as large / accumulates in the upper part of the large spherical vessel 81. The salts dissolved in sea water are then lowered into the lower part of the U-shaped vessel, increasing its concentration in the lower parts. As soon as the oxygen pressure becomes much higher than the pressure on the valve 89, it rises up and through the levers 90, 91, the thrust 92 opens the valve 84. In this case, the oxygen flows through the pipeline into the cyclone body 96, where it is rotated and freed from along with it water that flows into the upper cavity 102, closing the double valve 105. Then, oxygen passes through the exhaust pipe 97, opening valve 99, the filter 100 and enters the cylinders 101. At the same time, hydrogen is discharged through the open valve 84 into the ejector pipe 85 devices, creating a vacuum in it. As a result, the spool 109 of the inlet controlled valve moves to the right, compressing the spring 111 and lets a new portion of water into the U-shaped vessel, and the spool 116 of the controlled outlet valve also moves to the right, compressing the spring 118. Under the action of rarefaction, a part of the water enriched with salts is removed from the bottom parts of the U-shaped vessel and through the pipeline are thrown out through the nozzle 86. Water accumulated in the lower cavity 104 of the cyclone is also thrown out through the nozzle 86 due to rarefaction. After the vacuum has ceased, the spools 109, 116 p By the action of the springs 111, 118 they are shifted to the left and close the access to the outside water inside the U-shaped vessel. Valves 89 and 84 close and the process repeats again. After filling the cylinders 101, the installation is turned off. After the execution of the planned program, the ascent is carried out, which can be carried out with the help of rudders of depth 7 during horizontal movement while blowing the ballast tank 8 with compressed air from the cylinders 10. In the absence of horizontal movement, the ascent is carried out by means of propellers 25 and 30, driven by electric motors 28, 33 or hydrostatic engines 29, 34, the power of which will decrease to zero when approaching the surface. In an emergency situation, when the supply of compressed air in the cylinders 10 is completely used up to purge the ballast tank 8, oxygen cylinders 101 (not shown) can be used.

Положительный эффект изобретения: увеличение автономности, запаса хода и времени пребывания под водой, повышение безопасности, увеличение скорости движения. The positive effect of the invention: increased autonomy, range and time spent under water, increased safety, increased speed.

Предлагаемому изобретению прошу присвоить имя автора и именовать: "Подводный аппарат B.C. Григорчука". The proposed invention, please assign the name of the author and name: "Underwater vehicle B.C. Grigorchuk."

Claims

1. An underwater vehicle comprising a spherical strong hull enclosed in a light hull, a propulsion mover, vertical movers installed in a light hull, an electric power source, ballast and trim tanks, horizontal and vertical rudders, a horizontal electric thruster, control and monitoring devices, characterized in that the marching mover and the vertical movers have two couplings and each of them is connected through these couplings It is necessary with electric and hydrostatic engines, and the underwater oxygen production unit is located in a light housing and is connected to an electric current source, the output of which is pneumatically connected to oxygen cylinders.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the hydrostatic engine comprises a rotor mounted in bearings of two racks mounted on the base, made in the form of a continuous round cylindrical body having in the front and rear parts blind channels of square or circular cross section, arranged in groups in several rows and opening outward from the longitudinal axis, on which the sleeve is mounted with the possibility of longitudinal movement and kinematically connected with the hydraulic cylinder for engine control.

3. The apparatus according to claim 2, characterized in that the channels in the front of the rotor of the hydrostatic engine in each row are divided into four groups located in the same plane, and each subsequent group is offset by 90 ^o relative to the previous one.

4. The apparatus according to p. 2 or 3, characterized in that the channels in the rear of the rotor of the hydrostatic engine in each row are divided into four groups located in one plane, and each subsequent group is offset from the previous 90 ^o .

5. The apparatus according to one of claims 2 to 4, characterized in that the plane of the bottom of each channel in the front and rear parts of the rotor of the hydrostatic engine is located at an angle to the line passing through the center of rotation of the rotor and separating two groups of oppositely directed channels, ensuring equality the areas of the front and rear walls of each of the channels with each other in the direction of rotation of the rotor, as well as the equality of the areas of the side walls of each of the channels with each other in the longitudinal direction.

6. The apparatus according to one of paragraphs.2 to 5, characterized in that the channels in the rear of the rotor of the hydrostatic engine are deployed relative to the channels in the front of the rotor by 90 ^o .

7. The apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized in that the underwater oxygen production unit, located in a light housing, contains an electrolyzer having controllable valves in the lower part of the inlet and outlet valves, the working chambers of which are pneumatically connected to the nozzle of the ejector device, and in the upper part there are storage tanks of oxygen and hydrogen with valves, and the oxygen tank through the cyclone-dryer, the sump of which is pneumatically connected to the nozzle of the ejector device, is connected to oxygen cylinders, and water The foreign tank is pneumatically connected to the exhaust pipe of the ejector device; in addition, an anode and a cathode are placed inside the electrolyzer connected to a direct current source.