МОДЕЛИРУЮЩИЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ ЧАСТЕЙ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ

Полезная модель относится к области экспериментальной стендовой отработки гидродинамических процессов при разделении частей подводных аппаратов, а более конкретно к конструкции моделирующего стенда для отработки гидродинамических процессов при разделении частей подводных аппаратов, движущихся под водой в горизонтальных направлениях и предназначенных для океанографических и океанофизических исследований.
Известны конструкции моделирующих стендов для отработки подводного старта ракет [1-2] и модельных пусковых установок [3-4], на которых производятся исследования гидродинамических процессов при движении в воде моделей в вертикальной плоскости. Недостаток указанных конструкций заключается в том, что они не могут быть использованы для экспериментальных исследований гидродинамики горизонтально движущихся подводных аппаратов.
Известна также конструкция стенда для испытания моделей в открытом водоеме в натурных условиях [7], представляющая из себя подводную канатную дорогу и содержащая два стальных, натянутых параллельно, направляющих троса, по которым на подводном участке осуществляют движение исследуемой натурной модели, опирающейся на направляющие тросы посредством опорных стоек и ходовых роликов или колодок.
Испытаниям с использованием подводной канатной дороги присущи проведения следующими недостатками:
- значительные материальные затраты и трудозатраты, связанные с проведением испытаний натурных образцов и использованием плавсредств;
- испытания зависят от метеоусловий, т.к. проводятся в открытом водоеме;
- высока вероятность потери отделяемых частей подводного аппарата (вместе с информацией, полученной при испытании).
Несмотря на указанные недостатки, конструкция указанной подводной канатной дороги [7] может быть принята за прототип.
Техническим результатом, направленным на устранение указанных недостатков, является создание моделирующего стенда, который позволяет:
- проводить исследования гидродинамических параметров процесса разделения частей подводных аппаратов, движущихся под водой в горизонтальном направлении, со значительным сокращением материальных и трудозатрат за счет применения масштабных моделей;
- устранить зависимость возможностей проведения эксперимента от погодных условий;
- использовать сохраненную материальную часть для проведения нескольких дорогостоящих экспериментов.
Указанный технический результат достигается тем, что патентуемый моделирующий стенд для исследования гидродинамических процессов при разделении частей подводных аппаратов содержит бассейн, погружаемую на дно бассейна модель шлюзовой камеры с расположенной внутри нее моделью носителя, например, подводного аппарата, снабженного моделью отделяемой капсулы для океанографических и океанофизических исследований, поднимаемую со дна корзину, улавливающую модель носителя, кинематически связанную с моделью шлюзовой камеры двумя параллельно натянутыми направляющими тросами, по которым перемещается модель носителя, улавливатель модели отделяемой капсулы, выполненный в виде поднимаемого со дна брезентового полога с прикрываемым шторкой окном для прохода направляющих тросов и модели носителя, при этом направляющие тросы связаны с системой их натяжения. Кроме того, моделирующий стенд снабжен аварийной системой подъема моделей носителя и отделяемой капсулы, выполненной в виде поднимаемой со дна металлической сетки, размещаемой на дне бассейна в зоне возможного падения моделей носителя и капсулы.
Модели носителя и отделяемой капсулы оснащены бортовыми средствами измерений и регистрации параметров исследуемых процессов разделения частей подводных аппаратов.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где:
на Фиг.1 - представлен общий вид моделирующего стенда;
на Фиг.2 - показана схема подвески модели носителя на двух параллельно натянутых направляющих тросах;
на Фиг.3 - показано сечение А-А фиг.2 (один из четырех узлов подвески модели носителя на тросах);
на Фиг.4 - изображен выносной элемент I на Фиг.1 в изометрической проекции (улавливатель модели капсулы);
на Фиг.5 - показана схема подъема корзины с моделью носителя после улавливания последней;
на Фиг.6 - показана схема движения модели капсулы к улавливателю после отделения ее от модели носителя;
на Фиг.7 - показана схема подъема модели капсулы после ее улавливания (в изометрической проекции);
на Фиг.8 - показана схема подъема модели носителя аварийной системой подъема моделей.
Моделирующий стенд для исследования гидродинамических процессов при разделении частей подводных аппаратов (Фиг.1, 5, 8) состоит из бассейна 1 с остекленной рабочей частью для обеспечения видеосъемки (позицией не обозначена), на дно которого погружена модель шлюзовой камеры 2 (Фиг.1) с расположенной внутри нее моделью носителя 3, например, подводного аппарата, снабженного моделью отделяемой капсулы 4 (Фиг.3, 6) для океанофизических и (или) океанофизических исследований. Модель шлюзовой камеры 2 оснащена техническими средствами выталкивания из нее модели носителя 3, например, использующими сжатый воздух или продукты сгорания порохового аккумулятора давления (на чертежах не показаны). Модели носителя 3 (Фиг.1-3, 5, 8) и отделяемой капсулы 4 (Фиг.3, 6, 7) оснащены бортовыми средствами измерений и регистрации параметров (на чертежах не показаны). При этом модель носителя 3 кинематически связана со шлюзовой камерой 2 двумя параллельно натянутыми направляющими тросами 5, по которым на узлах подвески 6 (Фиг.2, 3) перемещается модель носителя 3 и которые проложены сквозь корзину 7 (Фиг.1, 5, 8), предназначенную для улавливания модели носителя 3. Для улавливания модели отделяемой капсулы 4, используется улавливатель 8 (Фиг.1, 4, 6, 7), выполненный в виде поднимаемого со дна брезентового полога 9 с прикрываемым шторкой 10 (Фиг.4, 7) окном 11 для прохода направляющих тросов 5 и модели носителя 3, при этом направляющие тросы 5 связаны с системой их натяжения 12 (Фиг.1, 5, 8).
Моделирующий стенд снабжен аварийной системой 13 (Фиг.1, 8) подъема моделей носителя и отделяемой капсулы, выполненной в виде поднимаемой со дна с помощью тросов 14 металлической сетки 15, размещаемой на дне бассейна в зоне возможного падения моделей носителя и капсулы. Модели носителя и отделяемой капсулы оснащены бортовыми средствами измерений и регистрации параметров исследуемых процессов разделения частей подводных аппаратов (на чертежах не показаны).
Установка работает следующим образом.
В исходном положении шлюзовая камера 2 с установленной в ней моделью носителя 3, снаряженной моделью отделяемой капсулы 4, находится на верхней площадке бассейна - в зоне подготовки моделей и средств измерений, при этом направляющие тросы 5 полностью ослаблены. Корзина 7 для улавливания модели носителя 3 и брезентовый полог 9 улавливателя 8 модели капсулы 4 установлены под водой в зонах улавливания моделей, а металлическая сетка 15 (Фиг.1) для аварийного спасения моделей размещена на дне бассейна по всей длине его рабочего участка. По готовности стендовых и бортовых систем измерения и регистрации параметров, устанавливаемых на моделях носителя и отделяемой капсулы, и после подготовки средств выталкивания модели носителя 3 из шлюзовой камеры 2 производится погружение последней на заданную глубину - глубину проведения эксперимента с одновременным выбиранием слабины направляющих тросов 5 и натяжения их до заданного усилия посредством системы натяжения 12. В этом положении средства измерений устанавливаются на нулевых отметках, после чего все дальнейшие операции с моделями носителя 3 и отделяемой капсулы 4, а именно: включение бортовых регистраторов и блоков управления исполнительными органами в обеих моделях, задействование средств выталкивания модели носителя 3 из шлюзовой камеры 2 и средств отделения модели капсулы 4 от модели носителя 3 и включение двигательных устройств моделей, осуществляются по заданной циклограмме с пульта управления экспериментом в автоматическом режиме. После отделения модели капсулы 4 модель носителя 3 движется по направляющим тросам 5 в корзину 7 улавливателя, а модель отделяемой капсулы 4, совершая некоторые манипуляции в пространстве (в изучении которых состоит одна из целей испытаний), обусловленные взаимодействием с моделью носителя 3 в процессе разделения моделей, движется в направлении брезентового полога 9 улавливателя 8, где и заканчивает свое движение. После улавливания моделей производится постепенное ослабление натяжения направляющих тросов 5 посредством системы натяжения 12 и подъем из воды на верхнюю площадку бассейна корзины 7 с моделью носителя 3, улавливателя 8 с моделью капсулы 4 и шлюзовой камеры 2 для разборки моделей, считывания полученной измерительной информации с бортовых запоминающих устройств и для подготовки к следующему эксперименту. В случае несанкционированного пуска моделей или несрабатывания улавливающих устройств (корзины 7 и брезентового полога 9) и падения моделей на металлическую сетку 15 последнюю с помощью тросов 14 поднимают на верхнюю площадку бассейна вместе с моделями.
Полезная модель позволяет при проведении исследований гидродинамики процесса разделения частей подводных аппаратов, движущихся под водой в горизонтальном направлении, значительно сократить материальные и трудозатраты за счет применения масштабных моделей и отсутствия зависимости возможностей проведения модельных экспериментов от погодных условий, а также исключить потери отделяемых частей подводного аппарата с полученной на испытаниях информацией, находящейся в бортовых средствах измерений и регистрации параметров исследуемых процессов.
Источники информации:
1. Патент RU 88803. Стенд для отработки подводного старта ракет. Кл. МПК G01M 10|10 (2006.01). Приоритет от 04.06.2009 г.
2. Патент RU 91166. Стенд для отработки подводного старта ракет. Кл. МПК G01M 10|10 (2006.01), F41F 3/07 (2006.01). Приоритет от 30.06.2009 г.
3. Патент RU №69995. Модельная пусковая установка для отработки подводного старта. МПК G01M 10/10 (2007.01), F41F 3/07 (2007.01). Приоритет от 4.09.07 г.
4. Патент RU №86721. Модельная пусковая установка для отработки подводного старта. МПК F41F 3/07 (2009.01), G01M 10/10 (2009.01). Приоритет от 21.04.09 г.
5. Патент RU №20829336. Способ имитации условий старта ракеты из подводной лодки и система для его осуществления. МПК F41F 3/07. Приоритет от 27.05.1994 г.
6. Патент US 3128671. Моделирующая установка для исследования запуска ракет из-под воды. (С1.89-1.7). Опубликован 14.04.1964.
7. Л.Грейнер. Гидродинамика и энергетика подводных аппаратов. Изд. «Судостроение», Ленинград, 1978 г.