RU2782055C1 - Body of the habitable apparatus for deep-sea diving - Google Patents

Body of the habitable apparatus for deep-sea diving Download PDF

Info

Publication number
RU2782055C1
RU2782055C1 RU2022100356A RU2022100356A RU2782055C1 RU 2782055 C1 RU2782055 C1 RU 2782055C1 RU 2022100356 A RU2022100356 A RU 2022100356A RU 2022100356 A RU2022100356 A RU 2022100356A RU 2782055 C1 RU2782055 C1 RU 2782055C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impermeable
housing
deep
permeable
habitable
Prior art date
Application number
RU2022100356A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Иванович Одиноков
Алексей Иванович Евстигнеев
Эдуард Анатольевич Дмитриев
Андрей Дмитриевич Бурменский
Иван Михайлович Боярчук
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2782055C1 publication Critical patent/RU2782055C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: sports equipment.
SUBSTANCE: invention relates to devices designed for swimming underwater and diving to great depths. The body of the habitable deep-sea diving apparatus consists of an internal impermeable body and an external permeable body. The impenetrable body is made prestressed by a cable system external to it or a support shell.
EFFECT: reduction of compressive stresses appearing in an impermeable body during deep-sea diving is achieved.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для плавания под водой и погружающимся на большие глубины.The invention relates to devices designed for swimming under water and diving to great depths.

Существующие устройства глубоководного погружения - имеют обычно два цилиндрических в поперечном сечении корпуса: наружный и внутренний [1].Existing deep-sea diving devices usually have two hulls cylindrical in cross section: outer and inner [1].

Внутренний корпус - для размещения экипажа и соответствующих устройств - изготавливается из особого материала, способного выдерживать значительные внешние воздействия. Наружный корпус служит для предохранения от механических повреждений различного рода коммуникаций, находящихся между внутренним и наружным корпусом. При этом наружный корпус проницаемый и давление воды на внешнюю и внутреннюю поверхности наружного корпуса одинаково. Кроме этого наружный корпус придает дополнительную жесткость внутреннему корпусу.The inner hull - to accommodate the crew and related devices - is made of a special material that can withstand significant external influences. The outer case serves to protect against mechanical damage various kinds of communications located between the inner and outer case. In this case, the outer casing is permeable and the water pressure on the outer and inner surfaces of the outer casing is the same. In addition, the outer casing gives additional rigidity to the inner casing.

Другим примером является батискаф (Диомидов М.Н., Дмитриев А.Н. Подводные аппараты. Ленинград.: Судостроение. 1966.). Он состоит из легкого корпуса - поплавка, заполненного более легким, чем вода, наполнителем (бензином) и стального шара - гондолы, в которой размещается экипаж, аппаратура управления, система регенерации воздуха и т.д. В поплавке находятся также цистерны с балластом и аккумуляторные батареи. Плавучесть батискафа регулируется сбрасыванием твердого балласта и выпуском бензина из маневровой цистерны.Another example is the bathyscaphe (Diomidov M.N., Dmitriev A.N. Underwater vehicles. Leningrad.: Shipbuilding. 1966.). It consists of a light body - a float filled with a filler lighter than water (gasoline) and a steel ball - a gondola, which houses the crew, control equipment, air regeneration system, etc. The float also contains ballast tanks and batteries. The buoyancy of the bathyscaphe is regulated by dropping solid ballast and releasing gasoline from the shunting tank.

Недостатком существующей конструкции является ограниченная глубина погружения. Для увеличения глубины погружения необходимо либо:The disadvantage of the existing design is the limited depth of immersion. To increase the depth of immersion, you must either:

а) уменьшить диаметр внутреннего корпуса (при этом ухудшается тактико-технические данные и устройство не сможет выполнять возложенные на него задачи);a) reduce the diameter of the inner case (in this case, the performance data deteriorates and the device will not be able to perform the tasks assigned to it);

б) увеличить толщину внутреннего корпуса (увеличение толщины стенки свыше 100 мм невозможно по техническим причинам);b) increase the thickness of the inner hull (increasing the wall thickness over 100 mm is impossible for technical reasons);

в) поиск новых материалов с большим значением модуля сдвига G и малым значением коэффициента Пуассона μ (пока эти показатели у применяемых твердых сплавов не очень высоки по сравнению с обычной сталью).c) the search for new materials with a high value of the shear modulus G and a low value of Poisson's ratio μ (so far, these indicators for the hard alloys used are not very high compared to ordinary steel).

Заявляемый объект содержит непроницаемый корпус, выполненный предварительно напряженным на растяжение внешними по отношению к нему устройствами.The claimed object contains an impermeable body, made pre-tensioned by external devices in relation to it.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого объекта, заключается в уменьшении сжимающих напряжений, появляющихся в непроницаемом корпусе при глубоководном погружении.The technical result obtained in the implementation of the proposed object is to reduce the compressive stresses that appear in the impermeable housing during deep diving.

Ограничительные признаки: наружный проницаемый корпус и внутренний непроницаемый корпус.Limiting features: outer permeable body and inner impervious body.

Отличительные признаки: внутренние проницаемые оболочки с натяжными устройствами на внутренний непроницаемый корпус.Distinctive features: internal permeable shells with tension devices on the internal impermeable casing.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.The causal relationship between the set of essential features of the claimed object and the achieved technical result is as follows.

С помощью канатной системы, связывающей внутренний и наружный корпуса или проницаемых оболочек, имеющих диаметр больший, чем внешний диаметр непроницаемого корпуса, создается напряженное состояние растяжения определенной величины, которое, при погружении подводного аппарата, уменьшает сжимающие напряжения, вызываемые в капсуле внешним давлением окружающей воды. При необходимости может быть использована система из оболочек большего диаметра, чем первая, растягивающая последнюю при помощи аналогичных болтовых соединений, и, тем самым, увеличивающих растягивающее усилие поверхности капсулы.With the help of a cable system connecting the inner and outer hulls or permeable shells having a diameter larger than the outer diameter of the impermeable hull, a tensile stress state of a certain magnitude is created, which, when submerged, reduces the compressive stresses caused in the capsule by the external pressure of the surrounding water. If necessary, a system of shells of a larger diameter than the former can be used, stretching the latter with similar bolted connections, and thereby increasing the tensile force of the capsule surface.

На фиг. 1, 2 изображены схемы устройств и результаты численных расчетов. На фиг. 1а приведена внешняя схема устройства с одной проникающей опорной оболочкой; на фиг. 1б - фрагмент поверхности в продольном направлении; на фиг. 1в - крепление проникающей опорной оболочки к корпусу капсулы; на фиг. 1г - схема расчета устройства. На фиг. 2 приведена схема растяжения внутреннего корпуса канатной системой (фиг. 2а) и результаты расчетов (фиг. 2б).In FIG. Figures 1 and 2 show the schemes of devices and the results of numerical calculations. In FIG. 1a shows the external diagram of a device with one penetrating support shell; in fig. 1b - fragment of the surface in the longitudinal direction; in fig. 1c - fastening of the penetrating support shell to the capsule body; in fig. 1d - scheme for calculating the device. In FIG. Figure 2 shows a diagram of the stretching of the inner body by a rope system (Fig. 2a) and the results of calculations (Fig. 2b).

Корпус для глубоководного погружения обитаемого аппарата состоит из внутреннего непроницаемого корпуса 1, проницаемой опорной оболочки 2 (нескольких оболочек или канатной системы), наружного проницаемого корпуса 3, натяжных элементов 4 (фиг. 1, 2).Housing for deep diving habitable vehicle consists of an inner impermeable housing 1, a permeable support shell 2 (several shells or a cable system), an outer permeable housing 3, tension elements 4 (Fig. 1, 2).

Работа устройства.Device operation.

Непроницаемый корпус 1 упруго растягивается натяжными элементами 4 через опорную проницаемую оболочку 2, создающими предварительно напряженное состояние растяжения в стенках капсулы.The impermeable body 1 is resiliently stretched by the tension elements 4 through the supporting permeable shell 2, which create a prestressed state of tension in the walls of the capsule.

При погружении глубоководного аппарата вода проникает через наружный корпус 3 и оболочки 2 к непроницаемому корпусу 1, оказывая в стенках корпуса всестороннее сжатие. Но, так как стенки корпуса предварительно имели напряженное состояние растяжения, то величина сжимающих напряжений в стенках корпуса будет меньше, чем, если бы подводный аппарат не имел предварительного нагружения растяжения, а, следовательно, можно осуществлять безаварийное погружение на большую глубину. Проницаемой опорной оболочкой могут быть обручи различной ширины, расположенные на расчетном расстоянии вдоль капсулы, если она цилиндрической формы.When submerging a deep submersible, water penetrates through the outer casing 3 and shells 2 to the impermeable casing 1, exerting all-round compression in the walls of the casing. But, since the walls of the hull previously had a stressed state of tension, the magnitude of the compressive stresses in the walls of the hull will be less than if the underwater vehicle did not have a preliminary tensile load, and, therefore, it is possible to carry out accident-free diving to great depths. The permeable support shell can be hoops of various widths located at a calculated distance along the capsule, if it is cylindrical.

Приведем пример расчета корпуса субмарины в случае применения проницаемой опорной оболочки. Ввиду симметрии, рассмотрим в поперечном сечении часть кольца с центральным углом α (фиг. 1г), имея ввиду, что следующий болт в сечении находится на расстоянии, соответствующему углу 2α, будем полагать, что перемещение вдоль х3 отсутствует, то есть рассматривается плоское деформированное состояние, в соответствие с которым U3=0, σ3132=0; ε13х2333=0, где U3 - перемещение по координате х3, σij - напряжения; εij - деформации. На фиг. 1г: I - оболочка непроницаемого корпуса, II - область залитая водой, в которой давление равно внешнему, III - опорная проницаемая оболочка.Let us give an example of the calculation of the submarine hull in the case of using a permeable support shell. In view of symmetry, we consider in cross section a part of the ring with a central angle α (Fig. 1d), bearing in mind that the next bolt in the section is at a distance corresponding to the angle 2α, we will assume that there is no movement along x 3 , that is, a flat deformed state, according to which U 3 =0, σ 3132 =0; ε 13x2333 =0, where U3 - displacement along the x 3 coordinate, σ ij - stresses; ε ij - deformations. In FIG. 1d: I - the shell of the impermeable body, II - the area filled with water, in which the pressure is equal to the external one, III - the supporting permeable shell.

В соответствие с линейной теорией упругости в Эйлеровой системе координат запишем следующие уравнения:In accordance with the linear theory of elasticity in the Euler coordinate system, we write the following equations:

1. Уравнение равновесия1. Balance equation

Figure 00000001
Figure 00000001

2. Уравнение состояния (закон Гука)2. Equation of state (Hooke's law)

Figure 00000002
Figure 00000002

3. Уравнение сохранения массы3. Mass conservation equation

Figure 00000003
Figure 00000003

где G - модуль сдвига, k - коэффициент объема сжатия, σ - гиростатическое напряжение; приняты тензорные обозначения (суммирование по повторяющимся индексам i, j;

Figure 00000004
where G is the shear modulus, k is the compression volume factor, σ is the gyrostatic stress; tensor notation is adopted (summation over repeated indices i, j;
Figure 00000004

Граничные условия (фиг. 1г)Boundary conditions (Fig. 1d)

Figure 00000005
Figure 00000005

Здесь Р0 - давление в обитаемом аппарате, Р1 - давление воды, Р2 - давление на S9, Р3 - давление на S11. Давление Р2 формализуем как давление растяжения, оказываемое на корпус через болтовое соединение 4 (фиг. 1в), Р3 - давление гайки болтового соединения (фиг. 1в) на поверхность S11 проницаемой опорной оболочки.Here P 0 is the pressure in the habitable vehicle, P 1 is the water pressure, P 2 is the pressure on S 9 , P 3 is the pressure on S 11 . The pressure P 2 is formalized as the tensile pressure exerted on the body through the bolted connection 4 (Fig. 1c), P 3 is the pressure of the nut of the bolted connection (Fig. 1c) on the surface S 11 of the permeable support shell.

Решение системы (1, 2, 3) с учетом граничных условий (4) осуществлялось численным методом по алгоритмам [2] и программам [3].The solution of system (1, 2, 3), taking into account the boundary conditions (4), was carried out numerically using algorithms [2] and programs [3].

Результаты решения задачи.Results of the problem solution.

Принято: R=5000 мм; Н1=70 мм; Н2=20 мм; Δ=5 мм; dб=40 мм; dш=80 мм; α=2,9°. Глубина погружения 1000 м.Accepted: R=5000 mm; H 1 =70 mm; H 2 =20 mm; Δ=5 mm; d b =40 mm; d w \u003d 80 mm; α=2.9°. Immersion depth 1000 m.

Здесь R - внутренний радиус непроницаемой оболочки, H1 - толщина непроницаемой оболочки, Н2 - толщина проницаемой опорной оболочки, Δ - зазор между оболочками 1 и 3, dб - диаметр болта, dш - диаметр шайбы, материал (сплав «АК-32»): G=18000 кг/мм2, k=0,0139.Here R is the inner radius of the impermeable shell, H 1 is the thickness of the impermeable shell, H 2 is the thickness of the permeable support shell, Δ is the gap between shells 1 and 3, d b is the diameter of the bolt, d w is the diameter of the washer, material (alloy "AK- 32"): G=18000 kg/ mm2 , k=0.0139.

Для простоты принято, что непроницаемый корпус, проницаемая оболочка и болт выполнены из одного материала.For simplicity, it is assumed that the impermeable body, the permeable sheath and the bolt are made of the same material.

По нижней границе примем, что при затяжке в сечении болта напряжение растяжения будет σб=5 кг/мм2, тогда на шайбу, при заданных размерах будет среднее давление в 3 раза меньше. Значит, получим: Р2б-P1; P3ш1;On the lower boundary, we accept that when tightening in the bolt cross section, the tensile stress will be σ b \u003d 5 kg / mm 2 , then on the washer, with given dimensions, the average pressure will be 3 times less. Hence, we get: P 2 \u003d σ b -P 1 ; P 3 \u003d σ w + R 1 ;

На фиг. 2б представлены некоторые результаты расчета при Р0=0,01 кг/мм2, Р1=1 кг/мм2, Р2=4 кг/мм2, Р3=2,6 кг/мм2.In FIG. 2b shows some calculation results for P 0 =0.01 kg/mm 2 , P 1 =1 kg/mm 2 , P 2 =4 kg/mm 2 , P 3 =2.6 kg/mm 2 .

Наибольшим сжимающим напряжением является σ22. Пунктирной линией показана эпюра σ22 по сечению непроницаемой оболочки, когда субмарина имеет только наружный и внутренний корпуса (как в прототипе). Оно примерно одинаково по всему сечению и составляет 43 кг/мм2 (цифры на фиг. 2б приведены в кг/мм2).The highest compressive stress is σ 22 . The dotted line shows the diagram σ 22 across the section of the impermeable shell, when the submarine has only the outer and inner hulls (as in the prototype). It is approximately the same throughout the cross section and is 43 kg/mm 2 (the numbers in Fig. 2b are given in kg/mm 2 ).

Сплошными линиями на фиг. 2б приведены эпюры σ22 по сечению корпуса при наличии опорной проницаемой оболочки. Видим, что сжимающие напряжения σ22 намного меньше (по абсолютной величине) по предлагаемому способу с применением проницающей оболочки, чем по способу и устройству прототипа.The solid lines in Fig. 2b shows diagrams of σ 22 along the section of the body in the presence of a supporting permeable shell. We see that the compressive stresses σ 22 is much less (in absolute value) by the proposed method using a penetrating shell than by the method and device of the prototype.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Барабанов Н.В. Конструкция корпусов судов: Судостроение, 1985. - 540 С.1. Barabanov N.V. The design of ship hulls: Shipbuilding, 1985. - 540 p.

2. Одиноков В.И., Каплунов Б.Г., Песков А.В., Баков А.А. Математическое моделирование сложных технологических процессов. М.: Наука, 2008. - 176 С.2. Odinokov V.I., Kaplunov B.G., Peskov A.V., Bakov A.A. Mathematical modeling of complex technological processes. M.: Nauka, 2008. - 176 p.

3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012661389. ОДИССЕЙ // Одиноков В.И., Прокудин А.Н., Сергеева A.M., Севастьянов Г.М. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 13.12.2012.3. Certificate of state registration of the computer program No. 2012661389. ODYSSEY // Odinokov V.I., Prokudin A.N., Sergeeva A.M., Sevastyanov G.M. Registered in the Register of Computer Programs on 12/13/2012.

Claims (4)

1. Корпус обитаемого аппарата для глубоководного погружения, состоящий из внутреннего непроницаемого корпуса и наружного проницаемого корпуса, отличающийся тем, что непроницаемый корпус выполнен предварительно напряженным на растяжение внешней по отношению к нему канатной системой или опорной оболочкой.1. Housing habitable apparatus for deep diving, consisting of an inner impermeable housing and an outer permeable housing, characterized in that the impermeable housing is made prestressed in tension by an external cable system or support shell. 2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что наружную поверхность непроницаемого корпуса облегает с зазором проницаемая опорная оболочка, снабженная устройствами для растяжения поверхности непроницаемой капсулы.2. The housing according to claim 1, characterized in that the outer surface of the impermeable housing is encircled with a gap by a permeable support shell provided with devices for stretching the surface of the impermeable capsule. 3. Корпус по п.2, отличающийся тем, что в качестве проницаемой опорной оболочки могут быть использованы металлические обручи, расположенные вдоль аппарата, снабженные устройством, растягивающим поверхность непроницаемого корпуса.3. The housing according to claim 2, characterized in that metal hoops located along the apparatus, equipped with a device that stretches the surface of the impermeable housing, can be used as a permeable support shell. 4. Корпус по п.1, отличающийся тем, что внутренний и наружный корпуса аппарата связаны между собой системой канатов, имеющих механизмы натяжения. 4. Housing according to claim 1, characterized in that the inner and outer housings of the apparatus are interconnected by a system of ropes having tension mechanisms.
RU2022100356A 2022-01-11 Body of the habitable apparatus for deep-sea diving RU2782055C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2782055C1 true RU2782055C1 (en) 2022-10-21

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2434766A1 (en) * 1974-07-19 1976-01-29 Gabler Ing Kontor Luebeck SUBMERSIBLE VEHICLE, ESPECIALLY SUBMERSIBLE WITH A SUBMERSIBLE LIFE CHAMBER
FR2264713B1 (en) * 1974-03-19 1977-07-15 France Etat
RU149901U1 (en) * 2014-09-12 2015-01-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации RESCUE-RESCUE CAMERA FOR USE WHEN OPERATING SUBMARINE UNDER UNDER CONDITIONS
RU2017139956A (en) * 2017-11-17 2019-05-17 Непубличное акционерное общество "СИЛА ОКЕАНОВ" MULTIFUNCTIONAL DEEP NUCLEAR NUCLEAR UNDERWATER 21st CENTURY
RU2702464C1 (en) * 2016-08-17 2019-10-08 Анатолий Емельянович Слюсарь Underwater ship

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2264713B1 (en) * 1974-03-19 1977-07-15 France Etat
DE2434766A1 (en) * 1974-07-19 1976-01-29 Gabler Ing Kontor Luebeck SUBMERSIBLE VEHICLE, ESPECIALLY SUBMERSIBLE WITH A SUBMERSIBLE LIFE CHAMBER
RU149901U1 (en) * 2014-09-12 2015-01-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации RESCUE-RESCUE CAMERA FOR USE WHEN OPERATING SUBMARINE UNDER UNDER CONDITIONS
RU2702464C1 (en) * 2016-08-17 2019-10-08 Анатолий Емельянович Слюсарь Underwater ship
RU2017139956A (en) * 2017-11-17 2019-05-17 Непубличное акционерное общество "СИЛА ОКЕАНОВ" MULTIFUNCTIONAL DEEP NUCLEAR NUCLEAR UNDERWATER 21st CENTURY

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006507984A (en) Ship structure and ship structure
Xu et al. Experimental evaluation of the post-ultimate strength behavior of a ship’s hull girder in waves
RU2782055C1 (en) Body of the habitable apparatus for deep-sea diving
US20190106854A1 (en) Systems, apparatuses, and methods for removing fixed offshore platforms
Junior et al. Numerical evaluation of type i pressure vessels for ultra-deep ocean trench exploration
Ringsberg et al. Performance assessment of the crashworthiness of corroded ship hulls
Kiciński et al. Analysis of the possibility of a submarine implosion using finite element method
Pan et al. Calculation on the uprighting process of a capsized Ship
US20160347419A1 (en) Floating production system and method
Neugebauer et al. Sloshing-Induced Impact Loads and Free Surface Elevation in a Pool in Waves
Kiciński et al. A more reasonable model for submarines rescues seat strength analysis
Califano et al. Evaluation of loads during a free-fall lifeboat drop
Croacker et al. Structural performance and dynamic response of semi-submersible offshore platforms using a fully coupled FE-SPH approach
Tang et al. Buckling of Cassini oval pressure hulls subjected to external pressure
Yuck et al. A study on roll damping of 2-D cylinders
RU2509027C1 (en) Rescue underwater vehicle for submarine crew salvaging including from under ice surface
Zhang1a et al. A new block assembly method for shipbuilding at sea
Francescutto et al. Floatability and stability of ships: 23 centuries after Archimedes
Chalmers Feature focus: offshore innovations: raising the Kursk
Choi et al. The Design, Structural Analysis and High Pressure Chamber Test of a Thick Pressure Cylinder for 2000 m Water Depth
Michalski Preliminary Designing method of external pressure vessels for sea subsurface applications
Stachiw et al. Spherical acrylic pressure hulls with multiple penetrations
Wang et al. The impact-resistance analysis of a fastening belt of an underwater vehicle life raft
Li et al. Residual strength analysis of spherical pressure hull with partial damage
Yucel et al. Analysis of free and forced ship vibrations using finite element method