RU2819164C1 - Атомная подводная лодка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к подводным лодкам, а именно к атомным подводным лодкам (АПЛ) с боевыми ракетами. Атомная подводная лодка содержит прочный корпус, охватывающий его легкий корпус, цистерны между этими корпусами, прочную рубку, кормовую оконечность с гребным винтом, установленным на главном валу, соединенном с электродвигателем, боевые ракеты и по меньшей мере один ядерный реактор, соединенный водяной и паровой магистралями с основным турбогенератором, который электрическим кабелем соединен с батареей аккумуляторов и с электродвигателями, и ракетами в ракетном отсеке в прочном корпусе. Ракеты установлены не заправленными компонентами топлива. Внутри прочного корпуса установлен электролизер воды для разложения морской воды на кислород и водород, для его заправки в ракеты. Достигается снижение веса АПЛ в дежурном режиме. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к судостроению, преимущественно атомному подводному. Атомная подводная лодка (АПЛ) содержит прочный корпус, охватывающий его легкий корпус, цистерны между этими корпусами и спасательную всплывающую камеру (прочную рубку), входящую в АПЛ с возможностью отделения от нее. Прочный корпус выполнен из отдельных жестко связанных между собой отсеков с разделением их на отсеки для обитания экипажа и отсеки с ядерным реактором и отсеком заправки ракет. В прочной рубке размещен главный пункт управления атомной подводной лодкой и она используется для спасения всего экипажа при аварии атомной подводной лодки. Отсеки сообщены между собой переходными люками с герметичными закрытиями и через соединительный блок и разъемный шлюз - с прочной рубкой для прохода в нее всего экипажа. Количество членов экипажа в АПЛ ограничено за счет полной автоматизации. В недалеком будущем возможно использование АПЛ без экипажа.

Достигается повышение безопасности и бесшумности АПЛ, а также повышение возможности спасения всего экипажа.

Известна атомная подводная лодка (АПЛ), содержащая прочный корпус, охватывающий его легкий корпус, цистерны между этими корпусами и спасательную камеру, пристыкованную к АПЛ с возможностью отделения от нее (см. Павлов А.С. Военные корабли России 1997 - 1998 г. г. Справочник. Якутск, Литограф, 1997 - 151 с. Стр. 17, 18, 23, 24; Букалов В.М., Нарусбаев А.А. Проектирование атомных подводных лодок. Л.: Судостроение, 1968, стр. 72-83).

Существующее расчленение среды обитания в прочном корпусе путем применения "прочных" межотсечных перегородок подводной лодки носит формальный характер, сохраняя взаимосвязь отсеков по проходящим через переборки многочисленным трубопроводам газов и жидкостей, воздуховодам вентиляции и кабельным трассам (силовым, управления, связи и др.), что зачастую приводит к невозможности локализации повреждений и пожаров на борту, потере управления отсеками и распространением повреждений в соседние отсеки. Такие ситуации неминуемо оканчиваются катастрофами, см. Букань С.П. По следам подводных катастроф. М: Гильдия мастеров "Русь" - 1992.

Технические средства управления, связи, жизнеобеспечения, пожаротушения и электроснабжения показали свою несостоятельность из-за слабой инженерной защиты и отсутствия надежного локального (отсечного) резерва этих средств, не рационального построения организации при борьбе с авариями, а также опасного непосредственного контакта энергоемкого оборудования с экипажем.Это позволяет отказаться от аварийных дизель- генераторов и сократить емкость аккумуляторной батареи (резервной). Мощность ТЭГ ориентировочно на два порядка ниже, чем штатного турбогенератора, и выбирается из условий обеспечения бесшумного плавания АПЛ на малых ходах (3-7 узлов) в подводном рейсе с одновременным экономным снабжением электроэнергией основных бортовых систем управления, жизнеобеспечения, живучести и связи АПЛ, в том числе при ремонтах и/или авариях на борту без ограничения по времени пребывания в подводном положении.

Реальность предложения подтверждается достигнутыми в настоящее время показателями надежности и возможностями дистанционного управления сложных технических систем из удаленного центра с перенесением функций активной безопасности, саморегуляции и автоматического дублирования на локальные необслуживаемые компьютерные устройства, уже давно успешно используемые, например, в наземной ядерной энергетике и в технике пилотируемых космических полетов, авиации (см., например. Отраслевой семинар Минатома "Современные методы и средства диагностики ЯЭУ". Обнинск, 2001, 98 с), а также опытом создания и эксплуатации автоматизированной АПЛ проекта 705, разработанной СКБ- 142 (см. Ильин В.Е. Подводные лодки России. М.: Астраль, 2002 - 287 с, стр. 62-71).

Известна американская атомная подводная лодка "Тритон" (SSRN-586), имеющая кормовую оконечность (КО), содержащую прочный корпус, гребные валы с гребными винтами, а также главные упорные подшипники в кормовом отсеке. (Быховский И. А. Атомные суда. Ленинград, 1961 г., стр. 121-128, 144, табл. 13/3-я строка сверху).

Недостатком этой АПЛ является то, что ее КО не приспособлена для размещения в ней дополнительного оборудования контроля и защиты кормовой полусферы как из-за отсутствия необходимой площади для размещения, так и невозможности обеспечить условия для работы аппаратуры обнаружения.

Известна также российская дизельная ПЛ проекта 877 (Класс "Kilo" -"Варшавянка") (см. Справочник "Военные корабли СССР и России", г. Якутск, изд. 1995 г., стр. 44), имеющая КО с кормовым отсеком, через которые насквозь проходит линия вала, а гребной винт расположен далее по потоку воды по отношению к кормовым рулям - прототип.

Недостатком КО данной АПЛ является конструктивная неприспособленность для размещения в ней дополнительных акустических и неакустических средств контроля за наиболее уязвимой кормовой полусферой пространства за АПЛ, систем подводной радиосвязи с выпускаемой антенной и средств активной и пассивной защиты от телеуправляемого и самонаводящегося оружия противника.

Задача создания изобретения снижение веса АПЛ в дежурном режиме.

Достигнутый технический результат: снижение веса АПЛ в дежурном режиме.

Решение указанной задачи достигнуто в атомной подводной лодке, содержащей прочный корпус, охватывающий его легкий корпус, цистерны между этими корпусами, прочную рубку, кормовую оконечность с гребным винтом, установленные на главном валу, соединенном с электродвигателем, боевые ракеты и, по меньшей мере, один ядерный реактор, соединенный водяной и паровой магистралями с основным турбогенератором, который электрическим кабелем соединен с батареей аккумуляторов и с электродвигателями, и ракетами в ракетном отсеке в прочном корпусе, тем, что ракеты установлены не заправленными компонентами топлива, внутри прочного корпуса установлен электролизер воды для разложения морской воды на кислород и водород, для его заправки в ракеты.

Электролизер воды может быть соединен трубопроводами с не заправленными боевыми ракетами.

Внутри прочного корпуса около ракетного отсека могут быть установлены теплообменники для подогрева дренируемого кислорода и водорода

На поверхности теплообменников могут быть установлены элементы Пельтье холодные, а на водяной магистрали и паровой магистрали могут быть установлены элементы Пельтье горячие.

В описании приняты следующие обозначения для признаков:

легкий корпус 1,

внутренний прочный корпус 2,

цистерны 3,

кормовая оконечность 4,

ракетный отсек 5,

ракета 6,

бак окислителя 7

бак горючего 8,

заправочное соединение окислителя 9,

трубопровод заправки окислителя 10,

заправочное соединение горючего 11

трубопровод заправки горючего 12,

контейнер ракеты 13,

электролизер воды 14,

заправочный отсек 15,

электроды 16,

трубопровод забора воды 17,

заборный клапан 18,

насос для воды 19,

трубопровод подачи кислорода 20,

трубопровод дренажа кислорода 21,

дренажный клапан кислорода ракеты 22

дренажный клапан кислорода системы 23,

трубопровод подачи водорода 24,

трубопровод дренажа водорода 25

дренажный клапан водорода ракеты 26,

дренажный клапан водорода системы 27,

трубопровод подачи водорода 28,

передний торпедный отсек 29

задний торпедный отсек 30,

торпеда 31

реакторный отсек 32,

ядерный реактор 33

водяная магистраль 34

паровая моги сталь 35

конденсатор 36,

главный конденсатор турбины 37

главная турбина 38

редуктор 39

муфта 40,

электродвигатель 41

главный вал 42

винт 43.

аккумуляторная батарея 44.

компенсатор давления 45

парогенератор 46,

турбогенератор 47

электрические провода 48

регулятор мощности винта 49,

ведущая шестерня 5

ведомая шестерня 51,

главный подшипник 52

заправочный клапан окислителя 53.

заправочный клапан горючего 54.

контейнер ракеты 55,

крышка контейнера 56.

источник высокого напряжения 57,

высоковольтные провода 58,

внешние электроды 59,

магнит осевой намагниченности 60,

машинное отделение 61,

защитный обтекатель кислорода 62,

защитный обтекатель водорода 63,

прочная рубка 64,

теплообменник 65.

элемент Пельтье холодный 66,

элемент Пельтье горячий 67.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…10, где:

на фиг.1 приведена схема АПЛ,

на фиг.2 приведен вид АПЛ сверху,

на фиг.3 приведен вид по А на АПЛ сзади,

на фиг.4 приведен разрез В - В,

на фиг.5 приведены реакторный отсек и заправочный отсек,

на фиг.6 приведен заправочный отсек.

на фиг.7 приведен реакторный отсек.

на фиг.8 приведен разрез С -С.

на фиг.9 приведен разрез С - С, второй вариант,

на фиг. 10 приведен вид D.

Атомная подводная лодка АПЛ (фиг.1) содержит прочный корпус 2, охватывающий его легкий корпус 1, цистерны 3 между этими корпусами 1 и 2, кормовую оконечность КО 4. с гребным винтом 43, соединенном с электродвигателем 39 и с главной турбиной 38. АПЛ содержит, по меньшей мере, один ядерный реактор 33, соединенный водяной магистралью 34 с компенсатор давления 45 и парогенератором 46 (фиг .1, 2 и 7).

Атомная подводная лодка АПЛ (фиг. 1 и 2) содержит передний торпедный отсек 29 с торпедами 31 и задний торпедный отсек 30 с торпедами 31.

Следующим идет ракетный отсек 5 с ракетами 6 я ядерной или термоядерной боевой головкой. Количество ракет 6 в ракетном отсеке 5 от 16 до 24.

Основной особенностью проекта является то, что ракеты 6 не заправлены окислителем (жидкий кислород) и горючим (жидкий водород). Их заправка производится при повышенной боевой готовности жидким кислородом и жидким водородом, получаемыми из морской воды, подаваемой по трубопроводу забора воды 17 насосом для воды 19 в заправочном отсеке 15 (фиг 5 и 6) содержащем электролизер воды 14 и электроды 16. Трубопровод забора воды 17 содержит заборный клапан 18 и насос для воды 19.

Возможные варианта электролизера воды 14 описаны в патенте РФ №2645504, МПК С25 В1/04, опубл. 21.02.2018 г.

Система заправки содержит трубопровод подачи кислорода 20, трубопровод дренажа кислорода 21, дренажный клапан кислорода ракеты 22, дренажный клапан кислорода системы 23, трубопровод подачи водорода 24, трубопровод дренажа водорода 25 дренажный клапан водорода ракеты 26, дренажный клапан водорода системы 27, трубопровод подачи водорода 28.

Дренаж кислорода и водорода в газообразном состоянии при заправке ракет 6 выполняется на защитные обтекатели кислорода 62 и защитные обтекатели водорода 63 с противоположных сторон легкого корпуса 2 (фиг. 8) для обеспечения безопасности.

В КО 4 размещены электродвигатель 41 и главный вал 42 на главном подшипнике 52. Винт 43 размещен за АПЛ. Ведущая шестерня 50 состыкована с ведомой шестерней 51, размещенной на КО 4 изнутри.

Реакторный отсек 32 показан на фиг.7,

Он содержит ядерный реактор 33, водяную магистраль 34 и паровую магистраль 35 связанные между собой передачей тепла.

Кроме того, он содержит конденсатор 36, главный конденсатор турбины 37, главную турбину 38 с присоединенными к ней последовательно редуктором 39, муфтой 40 и электродвигателем 41.

Аккумуляторные батареи 44 электрическими проводами 48 соединены со всеми потребителями электроэнергии, в том числе и для бытовых нужд.

Заправочный отсек 15 (фиг. 7) содержит источник высокого напряжения 57, высоковольтные провода 58,внешние электроды 59, и магниты осевой намагниченности 60, размещенные по обеим торцам электролизера воды 14, выполненного из огнеупорного материала

Одновременное использование при разложении воды высокого давления и высокой температуры воды и воздействия мощного электрического поля от источника высокогонапряжения 57 и магнитного поля от магнитов осевой намагниченности 60 позволило интенсифицировать добычу водорода и кислорода.

Напряжение источника высокого напряжения 57	30…50 кВ
Напряженность поля по высоте в электролизере воды 14	6…10 кВ/м
Высота электролизера воды 14	5 м

На фиг.8 приведен разрез С - С первый вариант Видны защитный обтекатель кислорода 62 и защитный обтекатель водорода 63 для выброса дренируемого кислорода и дренируемого водорода. Прочная рубка 64 расположена примерно в центральной верхней части АПЛ.

На фиг.9 приведен разрез С - С, второй вариант, Видны теплообменники 65 для подогрева дренируемого из ракет 6 кислорода и водорода, и элементы Пельтье холодные 66, Элементы Пельтье горячие 67 могут быть расположены, например, как на фиг.7.

Во втором варианте одновременно решаются две задачи: подогрев дренажного кислорода и водорода и использование энергии за счет обратного эффекта Пельтье, называемого эффектом Зеебека.

Эффект Пельтье - термоэлектрическое явление переноса энергии при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников, от одного проводника к другому. Также является обратным эффектом эффекта Зеебека, но при этом может выполнять и его функции

При нагревании одной стороны и охлаждении другой стороны данный элемент может выделять электричество. И также данный элемент имеет и обратный эффект, то есть, при подключении этого элемента к электричеству одна сторона будет охлаждаться, а другая нагреваться.

Причина возникновения явления Пельтье заключается в следующем. На контакте двух веществ имеется контактная разность потенциалов, которая создает внутреннее контактное поле. Если через контакт протекает электрический ток, то это поле будет либо способствовать прохождению тока, либо препятствовать. Если ток идет против контактного поля, то внешний источник должен затратить дополнительную энергию, которая выделяется в контакте, что приведет к его нагреву. Если же ток идет по направлению контактного поля, то он может поддерживаться этим полем, которое и совершает работу по перемещению зарядов. Необходимая для этого энергия отбирается у вещества, что приводит к охлаждению его в месте контакта.

Эффект Зеебека

Эффект Зеебека - явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.

Если вдоль проводника существует градиент температуры, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках, в дополнение к этому, концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному. На холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остается не скомпренсированный положительный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие.

ЭДС, возникновение которой описывается данным механизмом, называется объемной ЭДС. На фиг. 10 приведен вид D на защитные обтекатели кислорода 62. Защитные обтекатели кислорода 62 расположены в несколько рядов, а защитные обтекатели водорода 63 расположены симметрично с другой стороны АПЛ для безопасности (чтобы исключить перемешивание кислорода и водорода).

РАБОТА АПЛ

АПЛ работает следующим образом (фиг. 1, 2 и 4). Запускают ядерный реактор 11 и теплоноситель (вода или пар) по трубопроводам циркуляции 12 подается в турбогенератор 13. Турбогенератор 13 вырабатывает электрический ток, который по электрическим проводам 48 подается в аккумулятор 15, из которого по электрическим проводам 48 подается в электродвигатель 10. Электродвигатель 10 через гребной вал 9 приводит во вращение гребной винт 37.

АПЛ движется в подводном положении. При необходимости заправки ракет 6, в случае объявления повышенной боевой готовности, открывают заборный клапан 18 и включают насос 19, который забирает морскую воду для ее разложения в электролитер воды 14, где она разлагается между электродами 16.

Полученные жидкий кислород и жидкий водород заправляют в ракеты 6.

При использовании 2 варианта внутри прочного корпуса АПЛ могут быть установлены теплообменники 64, где кислород и водород подогреваются до температур выше 0°С. Там же на поверхностях теплообменников 64 установлены холодные спаи элементов Пельтье холодных 65 для выработки электроэнергии. Элементы Пельтье горячие 66 показаны на фиг. 7. Большая разница температур элементов Пельтье холодных 65 и элементов Пельтье горячих 66 превышает 700-800°С. Это позволяет снять с этих элементов большую мощность.

Применение изобретения позволило следующее.

1. Обеспечить кратковременное значительное увеличение скорости движения АПЛ в надводном положении, в режиме атаки для запуска торпед и ракет в надводном и подводном положении для обеспечения надежности запуска и точности попадания при неуязвимости АПЛ для средств обороны противника за счет значительного снижения веса не заправленных ракет.

2. Обеспечить постоянный вес АПЛ в рабочем состоянии.

3. Уменьшить аэродинамическое сопротивление легкого корпуса при заправке ракет в движении за счет сброса подогретого кислорода и водорода.

Claims (4)

1. Атомная подводная лодка, содержащая прочный корпус, охватывающий его легкий корпус, цистерны между этими корпусами, прочную рубку, кормовую оконечность с гребным винтом, установленным на главном валу, соединенном с электродвигателем, боевые ракеты и по меньшей мере один ядерный реактор, соединенный водяной и паровой магистралями с основным турбогенератором, который электрическим кабелем соединен с батареей аккумуляторов и с электродвигателями, и ракетами в ракетном отсеке в прочном корпусе, отличающаяся тем, что ракеты установлены не заправленными компонентами топлива, где внутри прочного корпуса установлен электролизер воды для разложения морской воды на кислород и водород, для его заправки в ракеты.

2. Атомная подводная лодка по п.1, отличающаяся тем, что электролизер воды соединен трубопроводами с не заправленными боевыми ракетами.

3. Атомная подводная лодка по п.1, отличающаяся тем, что внутри прочного корпуса, около ракетного отсека, установлены теплообменники для подогрева дренируемого кислорода и водорода.

4. Атомная подводная лодка по п.3, отличающаяся тем, что на поверхности теплообменников установлены холодные элементы Пельтье, а на водяной магистрали и паровой магистрали установлены горячие элементы Пельтье.