RU24987U1 - Подводный аппарат с крыльями - Google Patents

Description

у ПОДВОДНЫЯ АППАРАТ С КРЫЛЬЯМИ Область техник и. Полезная модель относится к области ПОАВОАНОЙ техники и, в частности, к ПОАВОАНЫМ аппаратам с крыльями АЛЯ создания гиАроАинамической подъемной силы. Уровень техники. В поАводной технике ыже давно сформировалось, существа- ет и развивается целое направление ПОАВОАНЫХ аппаратов с крыльями, созданзщими дополнительны гидроАинамическыю ПОАЪ- емныю СИЛУ, например, патент РФ N 2О96253 (МПК. В63О8/О8, 1997). Особенно много таких аппаратов запатентовано в США, например, в патентах США NN 3,157,145 (1964), 3,492,962 (197О), 4,577,583 1986), 5,373,8ОО {1994). Обшим преимуществом ПОАВОАНЫХ аппаратов с крыльями является то, что с учетом влияния создаваемой на крыльях гид- роАИнамической поАъемной силы, сила тяжести конструкций аппаратов может существенно превышать архимеАОВУ СИЛУ их выталкивания. При этом появляется возможность Аополнительно увеличить массу самого аппарата и его полезного г раза, увеличить максимальную гЛУЗИНУ его погружения за счет увеличения толщины стенок отсеков прочного корпуса. ОАнако, установка крыльев на аппаратах с балластными цистернами или поплавковыми камерами жесткой внешней геометрии (патенты РФ N 2О96253, США NN 3,157,145, 3,492,962, 4,577,583) ведет к уменьшению максимальной скорости движения по сравнению с максимальной скоростью эквивалентных по размерам и энергетике ёескрылых подводных аппаратов из-за дополнительной силы гидродинамического сопротивления крыльев. JOO, 2111JS МПК7 B63 ee/oo v Наиёолее близкий аналогом к предлагаемой полезной модели по наёору конструктивных признаков является подводный аппарат с крыльями (морское СУДНО по патента С81А N 5,373,8ОО (ИПК В63В1/ЗО,1994), содержащий прочный КОРПУС, преимущественно сигарообразный, с рядом отделений-отсеков, мягкие накачиваемые камеры снаружи прочного корпуса, энергетические и двигательную установки, механизм передачи движения от двигателя к ХОДОВОМУ движителю, рулевые устройства и их гидравлические системы управления, управляемую по положении мач- ТУ-шнорхель для забора воздуха из атмосферы и обзора, обстановки на поверхности воды. Однако, в данном аппарате мягкие накачиваемые камеры снаружи прочного корпуса предназначены только для закачки и хранения жидкости жидкого топлива для дальних перевозок или воды для улучшения УСЛОВИЙ обтекаемости корпуса, с камерами и снижения гидросопротивления при движении аппарата под водой. То есть эти камеры не предназначены для повышения плавучести аппарата за счет их надувания ВОЗДУХОМ и, кроме того, в ап- парате не предусмотрена система аварийного спасения планерной части с экипажем за счет сброса отсеков, выполняющих ФУНКЦИЮ аварийного балласта. СУЩНОСТЬ полезной модели. Многофункциональная техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, заключается в попеременном существенном повышении плавучести аппарата при нахождении его у повер - ности ВОДЬ или значительном снижении гидродинамического сопротивления движению аппарата на. глубине и за счет этого уменьшении энергозатрат аппарата, увеличении запаса мощное-

- 3

ти, повышении максимальной скорости его Авижания и/ипи ыае- линении массы его конструкции и/или полезного грыза, а также повышении безопасности работы его экипажа. Технический результат обеспечивается тем, что ПОАВОАНЫЙ аппарат с крыльями содержит прочный корпус, преимащестаенно сигарообразный, с РЯАОМ отАелений-отсеков, энергетические и Авигательным установки, механизм переАачи Авижения от Азига- теля к хоАовомы Авижителю, рулевые устройства и их гиАравли- ческие системы управления, управляемы по положению мач- ТУ-шнорхель АЛЯ заёора возАУха из атмосферы и оёзора обстановки на поверхности ВОАЫ, а также мягкие накачиваемые камеры снаружи прочного корпуса. Эти камеры являются ВОЗАУШНЫМИ поплавковыми с регулируемой внешней геометрией за счет наАУ- вания или выАУвания возАУха АЛЯ попеременного изменения пла- вучести и гиАРосопротивления аппарата, установлены на верхней части корпуса и оёъеАинены с управляемой пневмосистемой с компрессором и мачтой-шнорхелем, а также с аварийной системой возАУха высокого Аааления, Поплавковые камеры САеланы из прочного, воАогазонепроницаемого материала, например, армированной резины или прорезиненной ткани, и АЛЯ лучшей обтекаемости и защиты от опасных внешних поврежАающих возАействий накрыты сверху ПОА- вижными створками, которые соеАИнены с КОРПУСОМ УПРУГИМИ элементами, например, пружинами, помеа енными в поперечные каналы створок. Использование пружин в створках позволяет ускорить вентиляцию поплавковых камер и упоряАочить автоматическое складывание створок при погружении аппарата.

- 4 отлелениях-отсеках прочного корпуса: пилотском с крыльями, грузовом (может отсутствовать), моторном, топлиано-кислорСАНОМ и кормоаом планерная часть аппарата, завеломо оеладаюцдая положительной плавучестьw, образована пилотским отсеком с крыльями с элеронами и кормовым отсеком с диФФерентной цистерной и рулевыми устройствами, пилотский отсек соединен с кормовым продольными ребрами жесткости - стрингерами, к которым прикреплены концы пружин створок поплавковых камер. Планерная часть аппарата жестко, со взаимной Фиксацией и возможностью автоматической расстыковки элементов пневмо- системы, соединена посредством вакуума по крайней мере одной управляемой вакуумной камеры с выполняющими дополнительную ФУНКЦИЮ аварийного балласта (сбрасываемого в случае отказа двигателя на глуеине) по отдельности или совместно грузовым, моторным и топливно-кислородным отсеками. Верхняя часть вакуумной камеры установлена на верхней части пилотского отсека - его выступе или других элементах его силовой конструкции - стрингерах, а ее нижние части образованы верхними горизонтальными площадками отсеков, выполняющих дополнительную ФУНКЦИЮ аварийного ёалласта., при этом вертикальная ось вакуумной камеры проходит вёлизи центра тяжести удерживаемого ею отсека. Для аппарата с большой ГЛУБИНОЙ погружения система разгерметизации вакуумной камеры содержит установленные в стенках или крышках вакуумной камеры пиропатроны и/или вставки-клапаны, изготовленные из легкоплавких гидрореактивных материалов, например, щелочных металлов, или легкоплавких материалов, расплавляемых электронагревом, например, аиаль-

- 5 гам на основе ртытиПеречень ФИГУР. На ФИГ.1 изображен боковой осевой разрез преллагаемого устройства подводного аппарата с крыльями на ФИГ.2 - вид на аппарат сверхуf на Фиг.З - вид на аппарат спереди; на ФИГ.4 - сечение аппарата по АВСД с Фиг.2; на ФИГ.5 - графики зависимостей мощности N от горизонтальной скорости движения V для разных вариантов аппаратовШтриховыми линиями на Фигурах показано положение оёоло- чек-поплавков и створок, а также мачты-гинорхеля во время нахождения аппарата ы поверхности воды. Вариант осуществления. КОРПУС типового варианта предлагаемого подводного аппарата с крыльями состоит из последовательно расположенных от носа к корме отделений-отсеков: пилотского 1, моторного 2, топливно-кислородного 3 и кормового 4 (грузовой отсек между пилотским и моторным не показан). Планерная часть аппарата образована пилотским отсеком 1 с крыльями 5 и горизонтальным ВЫСТУПОМ 6, одной или несколькими поплавковыми камерами 7 с подвижными створками 8 с пружинами 9 и кормовым отсеком 4 с диФФерентной цистерной 1О, вертикальным стабилизатором 11 с рылями направления и горизонтальным стабилизатором 12 с ры- лями глубины. Пилотский отсек 1 соединен с кормовым 4 продольными ребрами жесткости - стрингерами 13, к которым прикреплены концы пружин 9 створок В. ПРУЖИНЫ 9 равномерно стягивают створки 8, прижимая их к ПРОЧНОМУ КОРПУСУ, и ускоряют процесс выхода воздуха из поплавковых камер при погружении. W V

- 6 Планерная часть аппарата Фиксированно, с возможностыо автаматичес} :ой расстыковки элементов пневмосистемы, соединена с отсеками 2 и 3 посредством ыпрааляемой вакннмной камеры 14, предназначенной в сянчае полного отказа двигателя 15 для автоматической отстыковки отсеков 2 и 3 в качестве аварийного балласта от планерной части с последующим всплытием ее с экипажем. Верхняя часть вакынмной камеры 14 установлена на верхней части пилотского отсека 1 (его выстыпе 6) или других элементах его силовой конструкции (стрингерах 13), нижняя часть - горизонтальной верхней площадкой отсека. 2. При этом вертикальная ось вакуумной камеры должна проходить вёлизи центра тяжести удерживаемого е отсека. Создание раёочего вакуума в вакуумной камере 14 возможно с помощью вакуумного насоса (не показан), расположенного либо на борту самого аппарата, либо на. борту судна-базы поддержки аппарата. В моторном отсеке 2 расположены двигатель 15 (в рассматриваемом варианте дизель с замкнутым циклом, хотя МОГУТ быть и любые другие двигатели, традиционно используемые на подводных аппаратах) и энергетические установки (электроак- кумуляторы 16, компрессор 17 пневмосистемы), через топливно-кислородный 3 и кормовой 4 отсеки проходит механизм 18 передачи движения (редуктор, карданный вал, гребной вал в дейдвудной трыбе) на движитель 19 (гребной винт). В кормовом отсеке 4 расположена управляемая диФФерентная цистерна 1О и элементы гидравлической системы 2О управления РУЛЯМИ направления и высоты стабилизаторов 11 и 12 (основная часть гидравлической системы 2О расположена в пи- лотск ом отсек е 1). I На пилотском отсеке 1 установлена склалывамщаяся мач- та-шнорхеяь 21, а аннтри отсака 1 расположены системы жизнеобеспечения экипажа (или пилота), управления движением и ориентацией аппаратом (пыль т ыправления, штыраал), гидравлическая система 20, система 22 воздуха высокого давления для аварийной подачи его в поплавковые камеры а случае отказа или отклн5чения компрессора 17 пнеамосистемы. В поплавковых камерах 7 также предусмотрены выведенные нарыжу автоматические от чрезмерного перепада давлений предохранительные клапаны. Пилотский отсек 1 также снабжен люком с крышкой и иллюминаторами в обшивке прочного корпуса. Предусматривается работа предлагаемого подводного аппарата с крыльями в следующих режимах: 1 штатный режим: движение под водой на скорости с использованием гидродинамической подъемной силы крыльев, с управлением всеми системами движения и ориентации аппарата, в первую очередь, рулями стабилизаторов и элеронами крыльев, а также всплытие и погружение посредством изменения внешних водоизмещаюадих размеров его поплавковых камер; 2) нештатный режим: ускоренное аварийное вплытие планерной части аппарата с использованием системы воздуха высокого давления для накачивания (надувания) мягких поплавковых камер, после обнаружения аварийного отказа двигателя, разгерметизации вакуумной камеры и сброса тяжелых отсеков в качестве аварийного балласта. Может быть вариант с раздельными вакуумными камерами на моторный/топливно-кислородный отсеки и грузовой отсек с целые попытки сохранения более ценных МОторного/топливно-кислородного отсеков при сбросе

,у////

- 8 только грузового. Для штатного режима Авижения на скорости на Фиг.5 показано, что максимальные скорости аппаратов определяются точками пересечения графика d предельной располагаемой мощности Авигателя аппарата с соотаетстаымадими графиками зависимостей затрачиваемой мощности двигателя от скорости движения разных вариантов аппаратов (кривые а,Ь,с. Максимальная скорость подводного аппарата, имеющего крылья и поплавки постоянного водоизмещамщего объема (график с), существенно меньше максимальной скорости предлагаемого аппарата (график а) при одинаковой предельной располагаемой мощности на кривой d. И вообще весь график а смещен вниз и вправо относительно с. Это объясняется тем, что из-за аменьщения смоченной поверхности аппарата при складывании его поплавковых камер и из-за возникновения возможности перехода крыльев ПОАВОДНОГО аппарата на меньший УГОЛ атаки значительно снижается гидродинамическое сопротивление его движению и, как следствие, - затраты мощности двигателя. В результате на ёорт предлагаемого аппарата можно взять дополнительный груз и/или увеличить вес его конструкции или при необходимости оставить полученное приращение запаса мощности (разницы между располагаемой мощность и реально затрачиваемой) АЛЯ увеличения непотопляемости. При этом график кривой Ь смещается вверх и приближается к графику с, но все же не достиг ает ег о, Таким о&разом, предлагаемые улучшения конструкции подводного аппарата, с крыльями дают возможность увеличить скорость и грузоподъемность аппарата и/или увеличить ТОЛЩИНУ

стенок его прочного корпуса, а следовательно, допыстиму глыбины его погружения, повысить безопасность работы его экипажа,

ПоАоеного типа аппараты могыт ёыть использованы в качестве поАВОАНых транспортных и исследовательских среАста, ёыксироаадиков, а также в АРЫ г их вариантах.

- ч s

Claims (6)

1. Подводный аппарат с крыльями, содержащий прочный корпус, преимущественно сигарообразный, с рядом отделений-отсеков, мягкие накачиваемые камеры снаружи прочного корпуса, энергетические и двигательные установки, механизм передачи движения от двигателя к ходовому движителю, рулевые устройства и их гидравлические системы управления, управляемую по положению мачту-шнорхель для забора воздуха из атмосферы и обзора обстановки на поверхности воды, отличающийся тем, что мягкие накачиваемые камеры, являясь воздушными поплавковыми с регулируемой внешней геометрией для изменения плавучести и гидросопротивления аппарата, установлены на верхней части корпуса и объединены с управляемой пневмосистемой с компрессором и мачтой-шнорхелем, а также с аварийной системой воздуха высокого давления.

2. Подводный аппарат с крыльями по п.1, отличающийся тем, что поплавковые камеры накрыты сверху подвижными створками, которые соединены с корпусом упругими элементами, например, пружинами, помещенными в поперечные каналы створок.

3. Подводный аппарат с крыльями по п.2, отличающийся тем, что в последовательно расположенных от носа к корме типовых отделениях-отсеках прочного корпуса: пилотском с крыльями, грузовом, моторном, топливно-кислородном и кормовом планерная часть аппарата, заведомо обладающая положительной плавучестью, образована пилотским отсеком с крыльями с элеронами и кормовым отсеком с дифферентной цистерной и рулевыми устройствами, пилотский отсек соединен с кормовым продольными ребрами жесткости - стрингерами, к которым прикреплены концы пружин створок поплавковых камер.

4. Подводный аппарат с крыльями по п.3, отличающийся тем, что планерная часть аппарата жестко, со взаимной фиксацией и возможностью автоматической расстыковки элементов пневмосистемы, соединена посредством вакуума по крайней мере одной управляемой вакуумной камеры с выполняющими дополнительную функцию аварийного балласта по отдельности или совместно грузовым, моторным и топливно-кислородным отсеками.

5. Подводный аппарат с крыльями по п.4, отличающийся тем, что верхняя часть вакуумной камеры установлена на верхней части пилотского отсека - его выступе или других элементах его силовой конструкции - стрингерах, а ее нижние части образованы верхними горизонтальными площадками отсеков, выполняющих дополнительную функцию аварийного балласта, при этом вертикальная ось вакуумной камеры проходит вблизи центра тяжести удерживаемого ею отсека.

6. Подводный аппарат с крыльями по пп.4 и 5, отличающийся тем, что для аппарата с большой глубиной погружения система разгерметизации вакуумной камеры содержит установленные в стенках или крышках вакуумной камеры пиропатроны и/или вставки-клапаны, изготовленные из легкоплавких гидрореактивных материалов, например, щелочных металлов, или легкоплавких материалов, расплавляемых электронагревом, например, амальгам на основе ртути.