RU2621926C2 - Device for controlling surfacing of submarine without stroke during under-ice navigation and method of surfacing control - Google Patents
Device for controlling surfacing of submarine without stroke during under-ice navigation and method of surfacing control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621926C2 RU2621926C2 RU2015147303A RU2015147303A RU2621926C2 RU 2621926 C2 RU2621926 C2 RU 2621926C2 RU 2015147303 A RU2015147303 A RU 2015147303A RU 2015147303 A RU2015147303 A RU 2015147303A RU 2621926 C2 RU2621926 C2 RU 2621926C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- submarine
- ascent
- tank
- ice
- working fluid
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/14—Control of attitude or depth
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/14—Control of attitude or depth
- B63G8/22—Adjustment of buoyancy by water ballasting; Emptying equipment for ballast tanks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области судостроения и морских сооружений и предназначено для применения при создании и эксплуатации подводных лодок (ПЛ), плавающих в арктических районах, и может быть использовано также для находящихся на грунте водоизмещающих модулей подводно-технических комплексов, эксплуатируемых в районах с ледообразованием, для их всплытия в случаях аварии.The invention relates to the field of shipbuilding and offshore structures and is intended for use in the creation and operation of submarines (submarines) floating in the Arctic regions, and can also be used for displacement modules of submarine complexes operating on the ground operating in areas with ice formation, for their ascent in the event of an accident.
Для таких объектов предъявляются повышенные требования к обеспечению безопасности в аварийной ситуации (например, при возникновении пожара или поступления воды в отсеки), в том числе в ледовых условиях. Лучшим способом спасения (как и в случае аварии при чистой воде) является всплытие на поверхность. Однако в ледовых условиях соударение с нижней поверхностью поля сплошного арктического льда значимой толщины (например, более 1 м) корпусными конструкциями всплывающего объекта опасно и может привести к разрушению конструкций. В существующей практике эксплуатации с целью снижения контактного усилия снижают до нуля горизонтальную скорость ПЛ и уменьшают вертикальную скорость всплытия ПЛ, но при этом существенно увеличивается время всплытия, что недопустимо в случаях тяжелой аварии, например пожара.For such facilities, increased safety requirements are imposed in an emergency (for example, in the event of a fire or water entering the compartments), including in ice conditions. The best way to save (as in the case of an accident with clean water) is to surface. However, under ice conditions, collision with the lower surface of the field of continuous Arctic ice of significant thickness (for example, more than 1 m) by the hull structures of a floating object is dangerous and can lead to the destruction of structures. In the current operating practice, in order to reduce the contact force, the horizontal speed of the submarine is reduced to zero and the vertical ascent rate of the submarine is reduced, but the ascent time is significantly increased, which is unacceptable in cases of severe accident, such as fire.
Другая причина ограничения вертикальной скорости (в течение всего процесса всплытия и вне зависимости от наличия ледовых условий) - необходимость своевременной компенсации дополнительной плавучести корпуса, возникающей от его расширения при всплытии. Порядок величины градиента изменения плавучего объема (как функции глубины погружения ПЛ), для больших современных ПЛ составляет от 0,5 до 1,5 м3 на 1 м изменения глубины (увеличивается с уменьшением глубины), в то время как производительность на прием («самотеком») уравнительной цистерны для компенсации дополнительной плавучести составляет не более 2-3 м3/мин. Таким образом, предельная скорость всплытия, при которой возможна компенсация плавучести от расширения корпуса, составит от 1,5 до 6 м/мин - в противном случае неизбежно происходит неконтролируемое всплытие ПЛ с возрастающей вертикальной скоростью. На практике при всплытии подо льдом устанавливают скорость всплытия ПЛ вблизи нижней поверхности льда не более 0,5-1 м/мин. При этом время всплытия ПЛ до контакта с нижней поверхностью ледяного поля (приледнения) составляет более часа, что неприемлемо в случае тяжелой аварии (например, пожара).Another reason for limiting the vertical speed (throughout the ascent process and regardless of the presence of ice conditions) is the need to timely compensate for the additional buoyancy of the hull arising from its expansion during ascent. The order of magnitude of the gradient of the change in the floating volume (as a function of the submersion depth of the submarine), for large modern submarines, is from 0.5 to 1.5 m 3 per 1 m of depth change (increases with decreasing depth), while the reception capacity (" by gravity ") of the equalization tank to compensate for additional buoyancy is not more than 2-3 m 3 / min. Thus, the maximum ascent rate at which compensation for buoyancy from the expansion of the hull is possible will be from 1.5 to 6 m / min - otherwise, uncontrolled ascent of the submarine inevitably occurs with an increasing vertical speed. In practice, when surfacing under ice, the speed of submarine ascension near the lower surface of the ice is set to not more than 0.5-1 m / min. At the same time, the submarine's ascent to contact with the lower surface of the ice field (ice) is more than an hour, which is unacceptable in the event of a severe accident (for example, a fire).
Устройство, предлагаемое в настоящем изобретении, и способ управления всплытием ПЛ предназначены для обеспечения быстрого и безопасного всплытия ПЛ, плавающей подо льдом при нахождении на любой исходной глубине. При этом ПЛ, как и принято в практике эксплуатации, не должна иметь хода (горизонтальной скорости) для исключения опасности соударения с подводными образованиями (например, айсбергами, ледяными килями).The device proposed in the present invention, and a method for controlling the ascent of submarines, are designed to provide quick and safe ascent of submarines floating under ice when located at any initial depth. In this case, the submarine, as is customary in operational practice, should not have a course (horizontal speed) to eliminate the danger of collision with underwater formations (for example, icebergs, ice keels).
Известно устройство по изобретению «Способ экстренного всплытия во льдах подводного промышленного объекта и устройство для его осуществления» (патент RU 2473451, МПК B63G 8/24, B63G 8/00, опубл. 27.01.2013). Устройство содержит цистерны плавучести, которые изготовлены в виде одного или нескольких сочлененных между собой удобообтекаемых тел с большим соотношением длины к ширине, например 5:1, с креплением гибких связей к нижним оконечностям цистерн плавучести. Цистерны плавучести соединены гибкими связями с вьюшками и лебедками и размещены в надстройке объекта. Вьюшки предназначены для выпуска на гибких связях всплывающих цистерн плавучести на опережение при приближении всплывающей ПЛ к нижней поверхности льда, а лебедки - для подтягивания ПЛ к нижней поверхности льда после вступления цистерн плавучести в контакт с ледяным покровом.A device according to the invention is known "Method for emergency ascent in ice of an underwater industrial facility and a device for its implementation" (patent RU 2473451, IPC B63G 8/24,
Недостатком этого устройства-аналога, является необходимость размещения в легком корпусе-надстройке подводного объекта всплывающих цистерн плавучести, вьюшек с гибкими связями, лебедок с приводами и их обслуживания.The disadvantage of this analog device is the need to place floating buoyancy tanks, views with flexible connections, winches with drives and their maintenance in a lightweight body-superstructure of an underwater object.
Известно устройство «Подводная лодка, управление которой производится с использованием плавучести» (патент республики Корея WO 2015102421, МПК B63G 8/14, B63G 8/22, опубл. 09.07.2015), где управление ПЛ производится за счет плавучести. Для этой цели в носу и корме ПЛ установлены эластичные воздушные емкости, которые выполнены в двух вариантах конструкции: как раздельные (разъединенные) или как соединенные трубопроводом, идущим из носа в корму. В первом варианте, когда эластичные емкости выполнены разъединенными, на ПЛ установлена цистерна сжатого воздуха, оборудованная воздушным компрессором, служащим для засасывания и сжатия воздуха из эластичных емкостей. Для обеспечения поступления воздуха в эластичные емкости или удаления воздуха из них установлен запорный клапан на трубопроводе между компрессором и цистерной. Во втором варианте, когда носовая и кормовая эластичные емкости соединены трубопроводом, установлен воздушный насос, который распределяет воздух между носовой или кормовой емкостями. Таким образом, заявляемое устройство способно управлять всплытием ПЛ (вертикальным движением) за счет изменения объема эластичных емкостей и, соответственно, плавучести носовой и кормовой частей корпуса ПЛ.A device is known "Submarine, the control of which is carried out using buoyancy" (Republic of Korea patent WO 2015102421, IPC B63G 8/14, B63G 8/22, publ. 09.07.2015), where the submarine is controlled by buoyancy. For this purpose, elastic air tanks are installed in the bow and stern of the submarine, which are made in two design options: as separate (disconnected) or as connected by a pipeline going from the bow to the stern. In the first embodiment, when the elastic containers are disconnected, a compressed air tank is installed on the submarine equipped with an air compressor that serves to suck in and compress the air from the elastic containers. To ensure the flow of air into the elastic containers or to remove air from them, a shut-off valve is installed on the pipeline between the compressor and the tank. In the second embodiment, when the bow and stern elastic tanks are connected by a pipe, an air pump is installed that distributes air between the bow or stern tanks. Thus, the claimed device is able to control the ascent of the submarine (vertical movement) due to changes in the volume of elastic containers and, accordingly, the buoyancy of the bow and stern parts of the submarine.
Указанное устройство по патенту WO 2015102421 принято как устройство-прототип.The specified device according to patent WO 2015102421 adopted as a prototype device.
Недостатками этого устройства-прототипа являются:The disadvantages of this prototype device are:
- для варианта, когда эластичные емкости выполнены разъединенными, необходима работа компрессора, которая при отсутствии специальной цистерны сброса давления может привести к неконтролируемому повышению давления воздуха в отсеках ПЛ с превышением допустимого по условиям эксплуатации предела;- for the option when the elastic containers are disconnected, compressor operation is necessary, which in the absence of a special pressure relief tank can lead to an uncontrolled increase in air pressure in the submarine compartments exceeding the limit allowed by the operating conditions;
- для варианта, когда эластичные емкости соединены трубопроводом, управление глубиной ПЛ возможно только за счет изменения дифферента ПЛ, что реализуется только для ПЛ, имеющей скорость хода, но не эффективно в случае ПЛ, не имеющей хода (как, например, в подледном плавании);- for the case when elastic containers are connected by a pipeline, control of the depth of the submarine is possible only by changing the trim of the submarine, which is realized only for the submarine having a speed, but not effective in the case of a submarine without a stroke (as, for example, under ice swimming) ;
- применение в эластичных емкостях воздуха, т.е. сжимаемого газа, приведет, как это хорошо известно, к неустойчивости стабилизации ПЛ по глубине погружения, поскольку расширение/сжатие эластичных емкостей, наполняемых газом, от уменьшения/увеличения забортного гидростатического давления усугубит (упомянутое выше) дестабилизирующее воздействие, вызванное расширением/сжатием корпуса при всплытии/погружении ПЛ.- use in flexible air tanks, i.e. of compressible gas will lead, as is well known, to instability of stabilization of submarines over the depth of immersion, since expansion / contraction of elastic containers filled with gas from a decrease / increase in outboard hydrostatic pressure will exacerbate (mentioned above) the destabilizing effect caused by expansion / contraction of the hull upon ascent / diving sub.
Известен способ по изобретению «Способ экстренного всплытия во льдах подводного промышленного объекта и устройство для его осуществления» (патент RU 2473451, МПК B63G 8/24, B63G 8/00, опубл. 27.01.2013), заключающийся в том, что во избежание повреждения конструктивных элементов и оборудования всплывающего объекта от соударения со льдом при всплытии с объекта на опережение выпускают цистерны плавучести на гибких связях, благодаря чему процесс всплытия объекта происходит с автоматической остановкой и удержанием на заданной безопасной глубине после вступления цистерн плавучести в контакт с ледовым покровом. В соответствии с этим способом подводный объект плавно подтягивают на гибких связях с помощью лебедок, после чего он входит в прямой контакт со льдом.The known method according to the invention "Method for emergency ascent in ice of an underwater industrial facility and a device for its implementation" (patent RU 2473451, IPC B63G 8/24, B63G 8/00, publ. 01.27.2013), which consists in the fact that to avoid damage construction elements and equipment of a pop-up object from collision with ice when floating from an object ahead of schedule release buoyancy tanks on flexible links, due to which the process of floating up an object occurs with automatic stop and holding at a predetermined safe depth after entering the development of buoyancy tanks in contact with the ice cover. In accordance with this method, the underwater object is smoothly pulled up on flexible connections using winches, after which it comes into direct contact with ice.
Недостатком этого способа-аналога являются задержки всплытия ПЛ до контакта с нижней поверхностью льда, обусловленные следующим:The disadvantage of this analogue method is the delay in the ascent of the submarine to contact with the lower surface of the ice, due to the following:
- остановка всплытия на заданном расстоянии (длине гибких связей) подо льдом, предусмотренная алгоритмом способа, приводит к увеличению времени, необходимого для достижения контакта корпуса объекта со льдом;- stopping the ascent at a given distance (the length of flexible connections) under the ice, provided by the algorithm of the method, leads to an increase in the time required to reach the contact of the object’s body with ice;
- дальнейшая задержка всплытия до момента контакта с атмосферой за счет времени, необходимого для подтягивания объекта ко льду выбиранием лебедками гибких связей и удаления воды из цистерн главного балласта;- a further delay in the ascent until the moment of contact with the atmosphere due to the time necessary to pull the object to the ice by selecting flexible ties with winches and removing water from the tanks of the main ballast;
- вероятная задержка всплытия за счет запаздывания действия отдельных элементов устройства, обеспечивающего всплытие, например заклинивание вьюшки или лебедки.- the probable delay in the ascent due to the delay in the action of individual elements of the device that provides ascent, for example, jamming of a view or a winch.
В учебнике для курсантов Военно-морского инженерного института (г. Пушкин, СПб.) (Ю.В. Разумеенко и др. «Теория и управление подводной лодкой», ВМИИ, 2009) рекомендуется к применению принятый в практике эксплуатации ПЛ способ «Особенность управления ПЛ при всплытии под лед» (см. п. 12.3.3 учебника). Согласно этому способу для управления всплытием ПЛ подо льдом без хода используют прочные цистерны: уравнительную цистерну и цистерну быстрого погружения. Удаляют небольшое количество водяного балласта, чем инициируют начало всплытия, в процессе всплытия подводной лодки принимают порциями водяной балласт в количестве, необходимом для компенсации положительной плавучести, возникающей от расширения корпуса подводной лодки в процессе всплытия, за счет чего удерживают скорость всплытия не выше заданного предела. При необходимости ускорения всплытия для поддержания заданной скорости всплытия удаляют порциями водяной балласт; при подходе подводной лодки в конце процесса всплытия к нижней поверхности льда гасят скорость всплытия подводной лодки приемом порции воды в прочную цистерну, а после касания подводной лодкой нижней поверхности льда удаляют дополнительное количество водяного балласта и прижимают подводную лодку к нижней поверхности льда. Характерной чертой данного способа управления всплытием является управление за счет регулирования массы ПЛ.In the textbook for cadets of the Naval Engineering Institute (Pushkin, St. Petersburg) (Yu.V. Razumeenko et al. “Theory and control of a submarine”, All-Russian Research Institute of Radio Engineering, 2009), the “Feature of control Submarine upon surfacing under ice ”(see paragraph 12.3.3 of the textbook). According to this method, durable tanks are used to control the ascent of submarines under ice without running: surge tank and quick-dip tank. A small amount of ballast water is removed, which initiates the beginning of the ascent, during the ascent of the submarine, water portions are taken in portions in an amount necessary to compensate for the positive buoyancy arising from the expansion of the hull of the submarine during the ascent process, due to which the ascent rate is kept no higher than a predetermined limit. If necessary, accelerate the ascent to maintain a given ascent rate, remove ballast water in portions; when the submarine approaches, at the end of the ascent process to the lower ice surface, the submarine's ascent rate is quenched by taking a portion of water into a solid tank, and after the submarine touches the lower ice surface, additional ballast water is removed and the submarine is pressed to the lower ice surface. A characteristic feature of this ascent control method is control by controlling the mass of the submarine.
Указанный способ, изложенный в п. 12.3.3 упомянутого учебника ВМИИ и применяемый на практике, принят как способ-прототип.The specified method set forth in paragraph 12.3.3 of the mentioned textbook of the All-Russian Military Research Institute and applied in practice is adopted as a prototype method.
Недостатками этого способа-прототипа являются:The disadvantages of this prototype method are:
- скорость всплытия ПЛ ограничена по условию малошумности операции, согласно которому скорость приема водяного балласта («самотеком») в уравнительную цистерну не должна быть больше установленного предела, что достигается с помощью дроссельных устройств; этот факт замедляет процесс компенсации дополнительной плавучести от расширения корпуса (как уже было указано выше) и задерживает всплытие;- the ascent rate of the submarine is limited by the condition of low noise operation, according to which the rate of reception of ballast water (by gravity) into the equalization tank should not exceed the established limit, which is achieved using throttle devices; this fact slows down the process of compensating for additional buoyancy from the expansion of the hull (as already mentioned above) and delays the ascent;
- возможность грубых ошибок в величине принятой порции водяного балласта при необходимости одержания (торможения) всплытия ПЛ приемом порции водяного балласта в цистерну быстрого погружения; это объясняется неопределенностью времени открывания-закрывания кингстона (обычно ±2 с). Указанные ошибки (в случае превышения величины принятой порции) могут привести к провалу ПЛ по глубине (с необходимостью одержания провала и последующим возвратом к исходной глубине), т.е. к неудаче операции всплытия;- the possibility of gross errors in the size of the received portion of the ballast water if necessary to maintain (braking) the ascent of the submarine by receiving a portion of the ballast water in a quick immersion tank; this is due to the uncertainty of the opening-closing time of the kingston (usually ± 2 s). The indicated errors (in case of exceeding the size of the accepted portion) can lead to a dip in the submarine in depth (with the need to maintain a dip and then return to the original depth), i.e. to failure of the ascent operation;
- использование цистерны быстрого погружения сопряжено с ограничениями, поскольку неоднократный управляемый прием водяного балласта порциями возможен, но осушение допускается только однократно и на небольшой глубине; соответственно - это инструмент «одностороннего» действия, не гарантирующий от провала ПЛ по глубине.- the use of a quick immersion tank is subject to restrictions, since repeated controlled intake of ballast water in batches is possible, but drainage is allowed only once and at a shallow depth; accordingly, it is a tool of “one-way” action, which does not guarantee against submarine failure in depth.
Задачей заявляемого технического решения является разработка устройства управления всплытием подводного объекта, не имеющего хода, в подледном плавании и способа управления всплытием, использование которых позволит:The objective of the proposed technical solution is to develop a device for controlling the ascent of an underwater object that does not have a course in ice navigation and a method for controlling ascent, the use of which will allow:
- избежать необходимости размещения в легком корпусе-надстройке подводного объекта всплывающих цистерн плавучести, вьюшек с гибкими связями, лебедок и их обслуживания;- to avoid the need to place pop-up buoyancy tanks, views with flexible connections, winches and their maintenance in a lightweight body-superstructure of an underwater object;
- устранить остановки и задержки процесса всплытия ПЛ, вызванные использованием всплывающих цистерн плавучести, вьюшек с гибкими связями и лебедок;- eliminate stops and delays in the ascent of submarines caused by the use of pop-up buoyancy tanks, views with flexible links and winches;
- избежать неустойчивости положения ПЛ по глубине, возникающей из-за применения сжимаемого газа в эластичных емкостях при управлении глубиной погружения ПЛ (в том числе, всплытием);- to avoid instability of the position of the submarine in depth arising from the use of compressible gas in elastic containers when controlling the submersion depth of the submarine (including ascent);
- избежать неконтролируемого изменения давления воздуха в отсеках ПЛ;- avoid uncontrolled changes in air pressure in the compartments of the submarine;
- снять ограничения на скорость компенсации дополнительной плавучести от расширения корпуса при всплытии при сохранении малошумности операции;- to remove restrictions on the rate of compensation for additional buoyancy from the expansion of the hull during ascent while maintaining low noise operation;
- минимизировать вероятность провала ПЛ по глубине ПЛ при необходимости одержания (торможения) по скорости всплытия;- minimize the probability of submarine failure in the depth of the submarine, if necessary, observance (braking) in the ascent rate;
- обеспечить заданные ограничения по вертикальной скорости и плавучести при контакте ПЛ с ледяным полем и тем самым избежать повреждений конструкций корпуса и элементов оборудования ПЛ при контакте с нижней поверхностью льда;- to provide the specified restrictions on vertical speed and buoyancy when the submarine is in contact with the ice field and thereby avoid damage to the hull structures and equipment elements of the submarine in contact with the lower surface of the ice;
- в результате обеспечить сокращение времени и безопасность всплытия ПЛ.- as a result, to ensure a reduction in time and safety of ascent of submarines.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагается устройство управления всплытием подводной лодки, не имеющей хода, в подводном плавании, включающее эластичные емкости, размещенные в проницаемой части корпуса подводной лодки, прочную цистерну, трубопроводы, соединяющие эластичные емкости и прочную цистерну, запорный клапан, рабочую субстанцию, заполняющую эластичные емкости и прочную цистерну, насос для перекачки рабочей субстанции. При этом в качестве рабочей субстанции применена рабочая жидкость, например морская вода (дизельное топливо, гидравлическая жидкость), общий объем которой должен быть не менее суммарного объема эластичных емкостей в полностью расправленном состоянии. Эластичные емкости соединены соединительными трубопроводами с горизонтально ориентированным коллектором, к которому подведен приемный трубопровод, соединенный с прочной цистерной. Эластичные емкости расположены по высоте подводной лодки так, чтобы их суммарный центр объема был расположен выше центра объема коллектора, который, в свою очередь, расположен не ниже верхней кромки прочной цистерны. На приемном трубопроводе оборудован запорный клапан, служащий для управления выдавливанием под забортным давлением рабочей жидкости из эластичных емкостей в прочную цистерну. Устройство снабжено также подающим трубопроводом, служащим для перекачки рабочей жидкости из прочной цистерны в эластичные емкости с помощью установленного на нем насоса, а прочная цистерна снабжена клапаном стравливания давления воздуха в отсек подводной лодки.The specified technical result is achieved by the fact that the proposed device for controlling the ascent of a submarine without a course in scuba diving, including elastic containers located in the permeable part of the hull of the submarine, a durable tank, pipelines connecting the elastic tanks and a durable tank, a shut-off valve, a working valve substance filling elastic containers and a durable tank; pump for pumping working substance. In this case, a working fluid, for example, sea water (diesel fuel, hydraulic fluid), the total volume of which should be not less than the total volume of elastic containers in a fully expanded state, is used as a working substance. Elastic containers are connected by connecting pipelines to a horizontally oriented collector, to which a receiving pipe is connected, connected to a durable tank. The elastic tanks are located along the height of the submarine so that their total center of volume is located above the center of the reservoir volume, which, in turn, is located not lower than the upper edge of the durable tank. A shut-off valve is equipped at the inlet pipe, which serves to control the extrusion of working fluid from elastic containers into a durable tank under outboard pressure. The device is also equipped with a supply pipe, which serves for pumping the working fluid from a durable tank into elastic containers using a pump installed on it, and the durable tank is equipped with a valve for bleeding air pressure into the submarine compartment.
Технический результат достигается также тем, что при использовании упомянутого устройства применяется способ управления всплытием подводной лодки, не имеющей хода, в подледном плавании, при котором удаляют небольшое количество водяного балласта, чем инициируют начало всплытия. В процессе всплытия подводной лодки принимают порциями водяной балласт в количестве, необходимом для компенсации положительной плавучести, возникающей от расширения корпуса подводной лодки в процессе всплытия, за счет чего удерживают скорость всплытия не выше заданного предела. При необходимости ускорения всплытия для поддержания заданной скорости всплытия удаляют порциями водяной балласт. При подходе подводной лодки в конце процесса всплытия к нижней поверхности льда гасят скорость всплытия подводной лодки приемом порции воды в прочную цистерну, а после касания подводной лодкой нижней поверхности льда удаляют дополнительное количество водяного балласта и прижимают подводную лодку к нижней поверхности льда.The technical result is also achieved by the fact that when using the aforementioned device, a method for controlling the ascent of a submarine that does not have a course is used in ice navigation, in which a small amount of ballast water is removed, thereby initiating the ascent. During the ascent of the submarine, water ballast is taken in portions in the amount necessary to compensate for the positive buoyancy arising from the expansion of the hull of the submarine during the ascent process, due to which the ascent rate is not higher than a predetermined limit. If necessary, accelerate the ascent to maintain a given ascent rate, remove ballast water in portions. When a submarine approaches, at the end of the ascent process to the lower ice surface, the submarine's ascent rate is quenched by taking a portion of water into a solid tank, and after the submarine touches the lower ice surface, additional ballast water is removed and the submarine is pressed to the lower ice surface.
Для удержания скорости всплытия подводной лодки не выше заданного ограничения открывают запорный клапан на приемном трубопроводе, соединяющем коллектор и прочную цистерну емкости и тем самым инициируют выдавливание рабочей жидкости из эластичных емкостей, уменьшая их объем, через соединительные трубопроводы, коллектор и приемный трубопровод в прочную цистерну за счет забортного гидростатического давления воды в проницаемой части корпуса, где расположены эластичные емкости. При этом поддерживают атмосферное давление в воздушном пространстве прочной цистерны за счет открывания клапана стравливания давления воздуха в отсек подводной лодки. В случае необходимости ускорения всплытия для поддержания заданной скорости всплытия при закрытом запорном клапане включают насос и перекачивают порции рабочей жидкости из прочной цистерны в эластичные емкости, увеличивая их объем, через подающий трубопровод, коллектор и соединительные трубопроводы. Перекачку производят до достижения заданной скорости всплытия; при приближении подводной лодки к нижней поверхности льда гасят скорость всплытия, открывая запорный клапан на приемном трубопроводе. После достижения контакта подводной лодки со льдом перекачивают дополнительную порцию рабочей жидкости из прочной цистерны в эластичные емкости для создания необходимого прижимного усилия подводной лодки к нижней поверхности льда.To keep the submarine's ascent rate not higher than the specified limit, the shut-off valve is opened on the receiving pipe connecting the collector and the durable tank tank and thereby initiating the extrusion of the working fluid from the elastic tanks, reducing their volume, through connecting pipelines, the collector and the receiving pipe into a durable tank behind due to outboard hydrostatic pressure of water in the permeable part of the housing, where the elastic containers are located. At the same time, atmospheric pressure in the airspace of a durable tank is maintained by opening the valve to release air pressure into the compartment of the submarine. If it is necessary to accelerate the ascent to maintain a predetermined ascent rate with the shut-off valve closed, turn on the pump and pump portions of the working fluid from the durable tank into elastic containers, increasing their volume through the supply pipe, manifold and connecting pipelines. Pumping is carried out until the specified ascent rate is reached; when the submarine approaches the lower surface of the ice, the ascent rate is quenched, opening the shut-off valve on the receiving pipe. After reaching the contact of the submarine with ice, an additional portion of the working fluid is pumped from the durable tank into elastic containers to create the necessary pressing force of the submarine to the bottom surface of the ice.
Таким образом, управляющее воздействие - контролируемое изменение плавучести ПЛ - реализуют за счет изменения водоизмещающего объема эластичных емкостей, т.е. изменения силы плавучести ПЛ, которая увеличивается при перекачке рабочей жидкости из прочной цистерны в эластичные емкости и уменьшается при выдавливании из емкостей в прочную цистерну забортным давлением. В надводном положении ПЛ эластичные емкости максимально сжаты, а при нахождении на глубине, установленной как максимальная исходная глубина для всплытия, в эластичных емкостях находится максимальное количество рабочей жидкости, соответственно, их оболочки полностью расправлены. Объем прочной цистерны несколько больше суммарного объема эластичных емкостей (например, на 40%), так что при полностью расправленных эластичных емкостях в прочной цистерне остается определенное количество рабочей жидкости (например, 20% объема), а при полностью сжатых эластичных емкостях остается некоторый объем воздуха над уровнем рабочей жидкости (например, 20% объема прочной цистерны). Для беспрепятственного заполнения прочной цистерны в ее воздушном пространстве поддерживают атмосферное давление, для чего используют клапан стравливания давления воздуха в отсек подводной лодки. Выдавливание рабочей жидкости под действием забортного давления возможно до тех пор, пока в эластичных емкостях остается минимальное количество рабочей жидкости, поскольку, как оговорено выше, уровень расположения верхней части прочной цистерны по высоте находится ниже коллектора и, соответственно, ниже суммарного центра объема эластичных емкостей. При этом поддерживают заданную скорость всплытия ПЛ не менее 6-10 м/мин, которая существенно больше установленной на практике (1-2 м/мин). Для снижения скорости всплытия до указанной величины непосредственно перед контактом увеличивают порцию выдавленной рабочей жидкости, открывая запорный клапан на большее время.Thus, the control action — the controlled change in the buoyancy of submarines — is realized by changing the displacement volume of elastic containers, i.e. changes in the buoyancy force of the submarine, which increases when pumping the working fluid from a durable tank into elastic containers and decreases when squeezing out of the tanks into a durable tank. In the above-water position of the submarine, the elastic containers are compressed as much as possible, and when located at a depth set as the maximum initial depth for ascent, the maximum amount of working fluid is in the elastic containers, respectively, their shells are completely straightened. The volume of a durable tank is slightly larger than the total volume of elastic containers (for example, by 40%), so that when the elastic tanks are fully extended, a certain amount of working fluid remains in the strong tank (for example, 20% of the volume), and with fully compressed elastic containers a certain amount of air remains above the level of the working fluid (for example, 20% of the volume of a durable tank). For smooth filling of a durable tank in its airspace, atmospheric pressure is maintained, for which a valve for bleeding air pressure into the compartment of a submarine is used. Extrusion of the working fluid under the effect of outboard pressure is possible as long as the minimum amount of working fluid remains in the elastic containers, since, as mentioned above, the level of the upper part of the durable tank is lower in height than the total center of the volume of the elastic containers. At the same time, the specified submarine ascent speed is maintained at least 6-10 m / min, which is significantly higher than that established in practice (1-2 m / min). To reduce the ascent rate to the specified value, immediately before the contact, increase the portion of the extruded working fluid, opening the shut-off valve for a longer time.
Указанный процесс управления всплытием продолжают до контакта с нижней поверхностью льда, стараясь не допустить появления вертикальной скорости ПЛ, направленной на погружение. В процессе управления плавучестью - перекачек рабочей жидкости между прочной цистерной и эластичными емкостями - сохраняется малошумность операций, поскольку отсутствует работа забортной арматуры и перекачки забортной воды.The indicated process of controlling the ascent continues until it contacts the lower surface of the ice, trying to prevent the vertical speed of the submarine aimed at diving. In the process of controlling buoyancy - pumping a working fluid between a strong tank and elastic tanks - low-noise operations remain, since there is no work of overboard fittings and pumping of overboard water.
Характерной чертой заявляемого способа управления всплытием является управление за счет регулирования плавучести (объема) ПЛ без обмена водой с забортной средой через забортные отверстия, что снижает шумность процесса.A characteristic feature of the proposed method for controlling ascent is control by regulating the buoyancy (volume) of the submarine without exchanging water with the outboard medium through the outboard openings, which reduces the noise of the process.
Конструкция заявляемого устройства и способ управление всплытием иллюстрируются чертежами на фиг. 1-3. На фиг. 1 показано поперечное сечение корпуса ПЛ, включающее прочный корпус 1, проницаемую часть корпуса (например, надстройку) 2 и размещенные в ней эластичные емкости 3, которые расположены по высоте подводной лодки так, чтобы их суммарный центр объема был расположен выше верхней кромки прочной цистерны 4. Эластичные емкости 3 и прочная цистерна 4 заполнены несжимаемой рабочей жидкостью 5, например морской водой, дизельным топливом или гидравлической жидкостью, при этом в прочной цистерне 4 имеется воздушное пространство 6 над уровнем рабочей жидкости 5.The design of the inventive device and the ascent control method are illustrated by the drawings in FIG. 1-3. In FIG. 1 shows a cross section of the submarine’s hull, including a
Эластичные емкости 3 соединены соединительными трубопроводами 7 с горизонтально ориентированным коллектором 8, к которому подведен приемный трубопровод 9, на котором оборудован запорный клапан 10, служащий для управления выдавливанием рабочей жидкости 5 из эластичных емкостей 3 в прочную цистерну 4. Устройство снабжено также подающим трубопроводом 11, служащим для перекачки рабочей жидкости 5 из прочной цистерны 4 в эластичные емкости 3 с помощью установленного на нем насоса 12, а прочная цистерна 4 снабжена клапаном стравливания давления воздуха 13 в отсек 14 подводной лодки.The
Работа устройства и реализация способа происходит следующим образом. Для всплытия с исходной глубины удаляют небольшое количество водяного балласта из уравнительной цистерны (на фиг. 1-3 не показана), чем инициируют начало всплытия. Для удержания скорости всплытия подводной лодки не выше заданного предела открывают запорный клапан 10 на приемном трубопроводе 9, соединяющем коллектор 8 и прочную цистерну 4, и тем самым инициируют выдавливание рабочей жидкости 5 из эластичных емкостей 3, уменьшая их объем, через соединительные трубопроводы 7, коллектор 8 и приемный трубопровод 9 в прочную цистерну 4 за счет забортного гидростатического давления воды в проницаемой части корпуса 2, где расположены эластичные емкости 3. При этом поддерживают атмосферное давление в воздушном пространстве 6 прочной цистерны 4 за счет открывания клапана стравливания давления воздуха 13 в отсек 14 подводной лодки. В случае необходимости ускорения всплытия для поддержания заданной скорости всплытия, что может произойти в случае входа прочного корпуса 1 ПЛ в слой воды пониженной плотности (так называемый «слой скачка» или «пикноклин»), включают насос 12 (при закрытом запорном клапане 10) и перекачивают порции рабочей жидкости 5 из прочной цистерны 4 в эластичные емкости 3, увеличивая их объем, через подающий трубопровод 11, коллектор 8 и соединительные трубопроводы 7. Перекачку производят до достижения заданной скорости всплытия. При приближении подводной лодки к нижней поверхности льда гасят скорость всплытия, открывая запорный клапан 10 на приемном трубопроводе 9. После достижения контакта подводной лодки со льдом перекачивают дополнительную порцию рабочей жидкости 5 из прочной цистерны 4 в эластичные емкости 3 для создания прижимного усилия подводной лодки к нижней поверхности льда, необходимого для устойчивости приледненного положения ПЛ. Необходимая величина прижимного усилия зависит как от толщины льда, так и от скорости дрейфа ледяного поля.The operation of the device and the implementation of the method is as follows. To ascend from the initial depth, a small amount of ballast water is removed from the equalization tank (not shown in Figs. 1-3), thereby initiating the ascent. To keep the submarine ascent speed not higher than a predetermined limit, the shut-off
Предлагаемое изобретение обеспечивает всплытие ПЛ с заданной программируемой скоростью в подледном пространстве моря, а также вход конструкции ПЛ в контакт с нижней поверхностью льда с оптимальным сочетанием вертикальной скорости ПЛ и его плавучести, обеспечивающим непревышение допустимого контактного усилия и устойчивое положение ПЛ в приледненном положении. Целесообразно использование изобретения также для погружения ПЛ после пребывания в ледовой майне или в приледненном положении, а также для вертикальных маневров или одержания ПЛ по плавучести вне зависимости от наличия ледовых условий.The present invention provides the ascent of the submarine with a given programmable speed in the under ice space of the sea, as well as the entry of the submarine design into contact with the bottom surface of the ice with the optimal combination of the vertical velocity of the submarine and its buoyancy, which ensures that the permissible contact force is not exceeded and the submarine is stable in the iced position. It is advisable to use the invention also for diving submarines after being in an ice lane or in an icy position, as well as for vertical maneuvers or to keep submarines in buoyancy regardless of the presence of ice conditions.
Кроме того, применение изобретения дает следующие преимущества:In addition, the application of the invention provides the following advantages:
- частичное замещение функций уравнительной цистерны в части компенсации остаточной плавучести от обжатия корпуса ПЛ (уменьшение объема корпуса от обжатия компенсируют увеличением объема от расширения эластичных емкостей) при изменении глубины погружения в любом направлении;- partial replacement of the functions of the equalization tank in terms of compensation for residual buoyancy from compression of the submarine housing (a decrease in the volume of the housing from compression is compensated by an increase in volume from expansion of elastic containers) when the depth of immersion changes in any direction;
- снижение шумности от операций по изменению плавучести ПЛ благодаря отсутствию обмена водой через забортные отверстия (как это происходит при работе уравнительной цистерны и цистерны быстрого погружения);- reduction of noise from operations to change the buoyancy of the submarine due to the lack of water exchange through outboard openings (as this happens when the surge tank and rapid immersion tank are working);
- возможность использования дизельного топлива (преимущественно для дизель-электрических ПЛ) в качестве рабочей жидкости для регулирования плавучести ПЛ.- the possibility of using diesel fuel (mainly for diesel-electric submarines) as a working fluid for regulating the buoyancy of submarines.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015147303A RU2621926C2 (en) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | Device for controlling surfacing of submarine without stroke during under-ice navigation and method of surfacing control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015147303A RU2621926C2 (en) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | Device for controlling surfacing of submarine without stroke during under-ice navigation and method of surfacing control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015147303A RU2015147303A (en) | 2017-05-11 |
| RU2621926C2 true RU2621926C2 (en) | 2017-06-08 |
Family
ID=58715234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015147303A RU2621926C2 (en) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | Device for controlling surfacing of submarine without stroke during under-ice navigation and method of surfacing control |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2621926C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2764323C1 (en) * | 2021-07-15 | 2022-01-17 | Олег Станиславович Клюнин | Apparatus for equalising the pressure in a sealed body of an autonomous apparatus |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2473451C1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Комплексные Инновационные Технологии" | Method of emergent floating-up of underwater industrial structure in ice |
| RU2524514C1 (en) * | 2013-01-14 | 2014-07-27 | Виктор Иванович Метёлкин | Method of controlling buoyancy of underwater vehicle |
| WO2015102421A1 (en) * | 2014-01-04 | 2015-07-09 | 이정용 | Submarine in which direction is controlled using buoyancy |
| US20150225051A1 (en) * | 2014-02-11 | 2015-08-13 | Mrv Systems, Llc | Controlling buoyancy of an underwater vehicle using a dual-internal-reservoir configuration to enhance efficiency of inflating and deflating an external chamber |
-
2015
- 2015-11-03 RU RU2015147303A patent/RU2621926C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2473451C1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Комплексные Инновационные Технологии" | Method of emergent floating-up of underwater industrial structure in ice |
| RU2524514C1 (en) * | 2013-01-14 | 2014-07-27 | Виктор Иванович Метёлкин | Method of controlling buoyancy of underwater vehicle |
| WO2015102421A1 (en) * | 2014-01-04 | 2015-07-09 | 이정용 | Submarine in which direction is controlled using buoyancy |
| US20150225051A1 (en) * | 2014-02-11 | 2015-08-13 | Mrv Systems, Llc | Controlling buoyancy of an underwater vehicle using a dual-internal-reservoir configuration to enhance efficiency of inflating and deflating an external chamber |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2764323C1 (en) * | 2021-07-15 | 2022-01-17 | Олег Станиславович Клюнин | Apparatus for equalising the pressure in a sealed body of an autonomous apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015147303A (en) | 2017-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7255054B1 (en) | Cache boat | |
| KR20100097727A (en) | System and method for the active and passive stabilization of a vessel | |
| US20130074759A1 (en) | Telescopic submarine | |
| US7225750B2 (en) | Rescue ship for disabled vessels, vessels rescue method, and use of a rescue ship | |
| RU2621926C2 (en) | Device for controlling surfacing of submarine without stroke during under-ice navigation and method of surfacing control | |
| RU2483967C2 (en) | Ice-breaking system for floating bodies | |
| CN105947123A (en) | Double-body semi-submerged ship with submersible deck | |
| RU2380274C1 (en) | Underwater tanker | |
| RU2555078C2 (en) | Lifeboat of free-fall for emergency evacuation of personnel from offshore facilities in ice conditions | |
| EA017190B1 (en) | Submarine rescue system | |
| JPH0710080A (en) | Submersible tank barge and its carrying method | |
| RU2479460C1 (en) | Method of sunk ship surfacing and complex for surfacing and floating sunk submarines and other vessels | |
| RU2303553C1 (en) | Tanker | |
| RU52813U1 (en) | TANKER | |
| RU149901U1 (en) | RESCUE-RESCUE CAMERA FOR USE WHEN OPERATING SUBMARINE UNDER UNDER CONDITIONS | |
| RU2564271C1 (en) | Method of sunken ship surfacing and complex for surfacing and floating sunken submarines and other vessels | |
| US3316871A (en) | Stabilized vessel for open sea operations | |
| KR101671772B1 (en) | Seabed departure assistance system for submarine | |
| EP2844541B1 (en) | Ship with vertical draught system | |
| RU2779768C1 (en) | Underwater gas carrier for transportation of liquefied natural gas from the arctic regions | |
| RU2798921C1 (en) | Fast rescue vessel | |
| RU2651960C2 (en) | Rescue device for evacuation of personnel of marine oil and gas-oil constructions in ice conditions | |
| KR101513069B1 (en) | structure for entering of submaine | |
| RU2787904C1 (en) | Pop-up rescue camera | |
| RU151568U1 (en) | DEVICE FOR DIVING THE CESSON ON THE SEA |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171104 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190603 |