СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЗАДЕЛКИ ПРОБОИНЫ КОРПУСА ДВУХКОРПУСНОГО ПОДВОДНОГО ОБЪЕКТА
METHOD AND DEVICE FOR PATCHING BREACHES IN TWO-HULL UNDER WATER STRUCTURE

Изобретение относится к области судостроения, в частности к аварийно-спасательным средствам и способам обеспечения живучести ПО, и может быть использовано для временной герметизации корпуса ПО при его пробоине от воздействия противолодочного оружия, например, кумулятивного боеприпаса, а также может применяться для герметизации сосудов и герметичных объектов, находящихся под внешним, либо внутренним давлением.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является сохранение функциональности корпуса (обеспечение живучести) как обитаемого, так и необитаемого двухкорпусного ПО, находящегося на глубине под высоким давлением, при пробитии его прочного (внутреннего) корпуса, например, кумулятивным боеприпасом. Действия по сохранению функциональности необходимо осуществлять без участия человека, очень быстро, для того, чтобы придать лодке плавучесть, на время, которое требуется для вывода ПО с большой глубины на малую, для дальнейшего ремонта.
Из предшествующего уровня техники аналогичных разработок, направленных на решение данной задачи, не было выявлено.
В результате патентно-информационного поиска были выявлены устройства, направленные на сохранение функциональности корпусов надводных кораблей, судов, а также находящихся на небольшой глубине однокорпусных и двухкорпусных ПО при их повреждении или пробитии от столкновения с другим судном или объектом. Было выявлено множество средства защиты, например специальные накладки, надувные герметизирующие вставки, затягивающиеся в пробоину, пластыри разной конфигурации и т.п. элементы разной конструкции и формы.
Так, например, известны способ сохранения функциональности корпуса корабля при пробоине и устройство для временного заделывания пробоины (заявка WO (KR) 2009123383, МПК В63В 43/16, В63В 43/00, 08.10.2009 г., патент GB 2374047, МПК: В63В 43/16, опубл. 11.02.2002). Устройство включает в себя деформируемую вставку, выполненную из гибких полимеров или тканей, которая легко складывается и надувается, твердый и гибкий трубопроводы, насос для накачки деформируемой вставки. Способ основан на том, что при образовании пробоины выбрасывают за борт вставку, соединенную трубопроводами с бортовым насосом, напор воды втягивает ее в образовавшуюся пробоину, после чего осуществляют ее заполнение сжатым газом, пеной или гелем и под действием гидростатического давления воды деформируемая вставка прижимается к корпусу и фиксируется.
Предложенный способ заделки пробоин имеет следующие существенные недостатки:
- невозможность обеспечения боеспособности и живучести ПО двухкорпусной конструкции при пробитии его прочного корпуса противолодочным оружием направленного действия из-за отсутствия доступа к пробоине с наружной стороны корпуса при установке герметизирующего элемента;
- способ заделки пробоины путем выбрасывания вставки за борт не применим из-за высокого давления воды на большой глубине, при этом использование пены на большой глубине также невозможно, так как она будет выбита потоком воды;
- необходимо непосредственное участие человека в герметизации образовавшихся повреждений, что является рискованным и опасным процессом;
- предполагает длительное время герметизации;
- применение дополнительного оборудования подразумевает наличие свободных площадей, которые сложно найти.
Известно средство противоударного воздействия, с помощью которого обеспечивается функциональность прочного корпуса двухкорпусного ПО при повреждении легкого корпуса, например, при столкновении (www.deepstorm.ru / Подводные лодки проекта 690 «Кефаль») и которое представляет собой обшивку легкого корпуса деревянными брусьями с одновременным увеличением толщины обшивки и стоек, соединяющих с помощью шпангоутов легкий и прочный корпус ПО. Способ сохранения функциональности ПО за счет защиты его прочного корпуса при повреждении легкого корпуса включает гашение энергии ударного воздействия путем использования балластной воды, заключенной между легким и прочным корпусами и деформации средства противоударного воздействия, в качестве которого используют обшивку легкого корпуса и соединительных стоек.
Недостатком является невозможность использования данного способа и устройства для сохранения функциональности ПО в случае попадания в прочный корпус двухкорпусной подводной лодки противолодочного оружия с направленной боевой частью, влекущего за собой образование пробоины, причем даже образование небольшой пробоины приводит к потере боеспособности, вплоть до гибели ПО.
Также известно герметизирующее устройство для заделки пробоин по патенту US 6467421 (МПК: В63В 43/16, 22.10.2002), которое представляет собой гибкий надувной пузырь и контейнер с пенящимся средством, соединенные между собой системой трубопроводов. Метод герметизации с помощью такого устройства основан на помещении надувного пузыря в образовавшуюся пробоину и подачу в него с помощью насоса в систему трубопроводов состава пенящего материала. В дальнейшем, по мере поступления пены в пузырь, происходит вздутие и фиксация его под действием внешнего давления воды в пробоине.
Еще известно устройство для быстрой герметизации пробоины, образовавшейся в корпусе судна, по патенту FR 2808499 (МПК: В63В 43/16, 09.01.2001 г.), которое представляет собой надувной герметичный элемент, покрытый каучуком, его помещают в пробоину и через жесткий трубопровод заполняют сжатым газом. Используется для временной герметизации пробоины, тем самым дает время, чтобы приступить к основному ремонту корпуса.
Другое известное устройство для герметизации пробоин в борту судна по патенту DE 19957445 (МПК: В63В 43/16, 31.05.2001 г.) представляет собой трубу с закрепленным на конце упором для опирания о внутреннюю поверхность борта, в которой перемещается брус с наконечником на одном конце и клапаном на другом. Между наконечником и упором располагается резиновая мембрана и надувная упругая подушка. Конец бруса вводится в пробоину, так что мембрана располагается снаружи пробоины, после чего в подушку подается воздух и давление воды прижимает ее вместе с мембраной к пробоине.
Еще одно известное герметизирующее устройство для безотлагательного ремонта судов по заявке WO (KR) №2009088128, МПК: В63В 43/16, В63В 25/08, В63В 35/32, опубл. 16.07.2009 г. включает в себя: двухслойную железную пластину с углублениями в центре и на углах по одной из поверхностей для установки магнитов, обладающих большой магнитной силой, до 3000 Гс, достаточной для удержания пластины на спусковом оборудовании, которое к пробоине доставляют водолазы.
Известен также сосуд высокого давления с системой уменьшения повреждений по патенту US 5476189 (МПК: F17C 1/06, 03.12.1993 г.), который состоит из внешней оболочки, сделанной из композитного материала. Материал, смягчающий повреждения, вводится внутрь внешней оболочки, основная толщина оболочки размещается внутри материала, смягчающего повреждения, а незначительная толщина оболочки размещается за пределами материала, смягчающего повреждения.
Незначительная толщина оболочки и материал, смягчающий повреждения, физически изменяются или деформируются при воздействии заданной внешней силы, которой может быть недостаточно для воздействия на основную толщину оболочки.
Итак, как видно из предшествующего уровня техники для сохранения функциональности ПО или других объектов в случае разгерметизации их корпусов применяют герметизирующие элементы, с помощью которых закрывают повреждение, при этом используют дополнительное оборудование (насосы, компрессоры и т.д.) или непосредственное участие человека (выход в скафандрах, защитных средствах к повреждению в водной среде), что применимо только для объектов, находящихся на небольших глубинах. Ввиду невозможности доступа к повреждению при нахождении ПО на больших глубинах, вышеописанные методы установки герметизирующих элементов в местах повреждения неприменимы. К тому же рассмотренные методы длительны по времени из-за инерционности применяемых механизмов дополнительного оборудования или невозможности человека подобраться к пробоине изнутри судна для определения места повреждения и его заделки и не обеспечивают сохранение функциональности ПО на необходимое время, которое нужно для вывода ПО с больших глубин на малые.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении живучести ПО, находящегося на глубине под высоким давлением, при пробоине корпуса путем ее заделки без участия человека.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ заделки пробоины корпуса двухкорпусного подводного объекта осуществляют путем предварительного до погружения ПО размещения деформируемой вставки в межкорпусном пространстве с закреплением ее на конструктивных элементах корпуса и при нахождении ПО под водой, давление которой превышает 7 атм, и осуществление перекрытия пробоины прочного корпуса ПО путем перемещения под действием гидростатического давления воды, поступающей через пробоину, деформируемой вставки в сторону пробоины прочного корпуса ПО с последующей фиксацией вставки на ней.
Устройство заделки пробоины корпуса двухкорпусного ПО включает в себя деформируемую вставку, которая размещена по периметру корпуса в межкорпусном пространстве с возможностью перемещения под напором воды в сторону пробоины внутреннего корпуса, при этом деформируемая вставка выполнена двухслойной из листов армированной транспортерной ленты с последовательным чередованием крепления листов различных слоев на шпангоутах внутреннего корпуса, при этом листы внутреннего слоя изогнуты таким образом, что каждый из них огибает шпангоут, с которым он скреплен до соприкосновения с соседними шпангоутами, внутренним корпусом и основанием огибаемого шпангоута, а листы другого слоя уложены в развернутом виде с заходом друг на друга в зоне крепления листов внутреннего слоя.
Осуществление герметизации пробоины, образовавшейся в прочном корпусе, с помощью деформируемой вставки, которую размещают в межкорпусном пространстве с закреплением ее на конструктивных элементах корпуса до погружения ПО, позволяет использовать для ее перемещения напор воды, давление которой превышает 7 атм, поступающей через пробоину, и заделать пробоину на глубине без усилия экипажа, что упрощает заделку пробоины без размещения дополнительных аварийно-спасательных устройств на палубе или другом полезном пространстве ПО.
Перемещение деформируемой вставки к пробоине под действием гидростатического давления воды, поступающей через пробоину, позволяет сократить время проведения аварийных работ по ликвидации пробоины, снизить скорость поступления воды или совсем прекратить ее поступление при надежной фиксации вставки на пробоине, при этом отпадает необходимость участия человека в заделке образовавшейся пробоины и использования дополнительного оборудования, в частности насосов, соединяющих трубопроводов и т.д.
Размещение деформируемой вставки в межкорпусном пространстве по периметру корпуса обеспечивает более высокую вероятность затягивания необходимой вставки в образовавшуюся пробоину.
Выполнение деформируемой вставки многослойной из транспортерной армированной ленты позволяет ввиду прочностных, упругих свойств материала, а также длительному сроку службы обеспечить надежность герметизации при высоком внешнем давлении и значительном избыточном давлении взрыва без значительных повреждений, а также обеспечить простое и дешевое изготовление деформируемой вставки.
Последовательное чередование крепления листов различных слоев на шпангоутах внутреннего корпуса позволяет обеспечить надежное позиционирование слоев относительно пробоины.
Выполнение листов внутреннего слоя изогнутыми так, чтобы каждый из них огибал шпангоут, с которым он скреплен до соприкосновения с соседними шпангоутами, внутренним корпусом и основанием огибаемого шпангоута, позволяет по максимуму охватить периметр межкорпусного пространства, где возможно образование пробоины.
Расположение развернутых листов транспортерной ленты с заходом друг на друга позволяет внешнему слою вставки максимально приспособиться под сложную поверхность прочного корпуса, особенно в местах примыкания к кромке пробоины, что улучшает герметизацию и обеспечивает надежность функционирования деформируемой вставки.
Рассмотрим вариант реализации предлагаемого способа заделки пробоины корпуса ПО с помощью устройства его обеспечения, схематично представленного на фиг.1, 2. На фиг.1 - исходное положение деформируемой вставки. На фиг.2 - конечное положение, где:
1 - прочный (внутренний) корпус ПО; 2 - легкий (наружный) корпус ПО, 3 - обшивка легкого корпуса ПО; 4 - шпангоуты; 5 - внутренний слой деформируемой вставки, 6 - наружный слой деформируемой вставки, 7 - межкорпусное пространство, 8 - крепление листов внутреннего слоя деформируемой вставки; 9 - крепление листов наружного слоя деформируемой вставки; 10 - поражающий элемент (с указанием его направления); 11 - пробоины от воздействия поражающего элемента.
Устройство заделки пробоины корпуса ПО представляет собой два слоя листов размером 1500×500 мм, нарезанных из армированной транспортерной ленты, толщиной 15,2 мм, выполненной по ГОСТ 20-85 (толщина резиновой обкладки рабочей 5 мм, нерабочей - 2 мм, между ними пять слоев армированной ткани ТК 200-2). Листы размещены по периметру корпуса в межкорпусном пространстве с возможностью перемещения под напором воды в сторону пробоины внутреннего корпуса. Листы различных слоев с последовательным чередованием скреплены болтовым соединением со шпангоутами внутреннего корпуса. Внутренний слой состоит из листов, которые изогнуты таким образом, что каждый из них огибал шпангоут, с которым он скреплен до соприкосновения с соседними шпангоутами, внутренним корпусом и основанием огибаемого шпангоута, а листы другого слоя уложены в развернутом виде с заходом друг на друга в зоне крепления листов внутреннего слоя. Представляемое устройство герметизации имеет следующие технико-экономические показатели: жесткость, прочность, упругость (восстановление формы до рабочего состояния после статической нагрузки до 100 кг), устойчивость к соляным растворам, диапазон рабочих температур от -40°С до +60°С, длительный (20 лет) срок службы без потери свойств. Причем устройство герметизации сможет выдержать внешнее давление до 100 атм.
Способ заделки пробоины корпуса ПО с помощью заявляемой деформируемой вставки осуществляется следующим образом. До погружения двухкорпусного ПО в объем между легким 2 и прочным 1 корпусами по периметру помещают двухслойную деформируемую вставку, состоящую из наружного 6 и внутреннего 5 слоев. При пробитии поражающим элементом 10 в виде, например, кумулятивной струи, легкого корпуса 2 с обшивкой 3 пробивается также наружный слой 6 деформируемой вставки, затем слой внутренний 5 и прочный корпус 1 с образованием пробоины 11. При этом под действием гидростатического давления воды происходит перемещение наружного слоя 6 и внутреннего слоя 5 деформируемой вставки в сторону образовавшейся пробоины 11 прочного корпуса 1 и дальнейшее прижатие слоев 5, 6 вставки со значительной силой, которая может достигать нескольких тонн, причем пробоина наружного слоя 6 деформируемой вставки смещается по отношению к пробоине внутреннего слоя 5, и по отношению к пробоине прочного корпуса 1. Эластичное внешнее покрытие листов под действием прижимающего усилия деформируется и действует как уплотнитель.
Таким образом, достоинством предлагаемого изобретения является очевидная простота, дешевизна и возможность применить его уже на существующих двухкорпусных ПО. Применение заявляемого изобретения позволяет надежно и в кротчайший срок осуществить герметизацию образовавшейся пробоины в корпусе, тем самым, увеличить живучесть ПО на 20-30%, его применение безусловно оправдано, поскольку в настоящее время альтернативных способов заделки пробоин корпусов ПО, находящихся на глубине, путем перекрытия поступления воды через прочный корпус ПО не существует.