УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОСТАНОВКИ И ВЫБОРКИ ГИБКОЙ ПРОТЯЖЕННОЙ БУКСИРУЕМОЙ АНТЕННЫ
DEVICE AND METHOD OF PLACING AND CLEARING FLEXIBLE LONG TOWED ANTENNA

Изобретение относится к гидроакустической технике и касается создания устройств постановки и выборки (УПВ) гибких протяженных буксируемых антенн (ГПБА) на подводных лодках и надводных кораблях.
ГПБА предназначена для приема гидроакустической информации, ее предварительной обработки и передачи к бортовой аппаратуре для формирования веера характеристик направленности и вторичной обработки. Буксируемые антенны имеют протяженность, значительно превосходящую линейные размеры корабля-носителя, и с помощью кабеля-буксира относятся от корабля на расстояние, достаточное для снижения уровня собственных корабельных помех. Обычно ГПБА по технологическим соображениям собирают из антенных модулей.
Необходимые манипуляции, связанные с выпуском и уборкой ГПБА, осуществляются с помощью устройств постановки и выборки (УПВ). Такие устройства [Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев, Корабельная гидроакустическая техника, С. Петербург, «Наука», 2004 г. Стр.62] предназначены для хранения, вытравливания в море для работы по прямому назначению, буксировки и сматывания ГПБА после окончания работы. Как правило, УПВ включает в себя лебедку, на барабан которой наматываются последовательно соединенные в одну линейную систему кабель-буксир и ГПБА, и, в ряде случаев, путепровод для ГПБА, в котором размещается часть ГПБА. Этот путепровод представляет собой протяженную цилиндрическую оболочку (трубчатое хранилище), через которую ГПБА выходит от лебедки в поток.
Известны буксируемые судном ГПБА, содержащие акустические приемники звукового давления и электронные устройства предварительной обработки и уплотнения информации, размещенные внутри герметичной шланговой оболочки, заполненной жидким или псевдожидким (гелеобразным) заполнителем (патенты РФ №2136019 от 27.08.1999, №2229734 от 27.05.2004). Длина таких антенн может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен метров. В зависимости от способа постановки и типа судна-буксировщика такие антенны на корабле размещаются либо на барабане лебедки УПВ, либо частично на барабане, а частично в трубчатом хранилище, обеспечивающем эвакуацию (вытравливание) ГПБА с лебедки при ее постановке за борт. В ряде конструктивных решений лебедка и трубчатое хранилище образуют единый контур герметизации, в ряде других - лебедка и трубчатое хранилище негерметичны. [Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев, Корабельная гидроакустическая техника, С. Петербург, «Наука», 2004 г. стр.62]. Для вытравливания антенны используется гидродинамический способ, при котором в контуре герметизации лебедка - трубчатое хранилище, или только в трубчатом хранилище, создается избыточное (по отношению к внешнему гидростатическому) давление. На ГПБА из-за наличия в потоке воды градиента давления возникает тяговое усилие, направленное, как и поток, к выходу из трубчатого хранилища [патент РФ №2171197 от 24.01.2000]. При включении лебедки на постановку происходит вытравливание ГПБА из трубчатого хранилища.
Однако, когда перепад давления создается только в трубчатом хранилище, известный способ постановки является эффективным только тогда, когда ГПБА полностью находится в трубчатом хранилище, а на лебедке находится только ее кабель-буксир. Существенное различие в диаметрах ГПБА (60-80 мм) и кабеля-буксира (15-20 мм) и значительно большая радиальная жесткость кабеля-буксира позволяет создать на входе трубчатого хранилища эффективное сальниковое уплотнение [патент РФ №2171197 от 24.01.2000] и обеспечить при включении насоса необходимое для постановки ГПБА тяговое усилие. При этом, если скорость перемещения ГПБА в трубчатом хранилище будет больше или равна линейной скорости стравливаемого с лебедки кабеля-буксира, то постановка ГПБА будет осуществляться «в натяг» и на кабеле-буксире, еще находящемся на лебедке, не будет образовываться слабины («бухтины»). Т.е. необходимым условием для успешной постановки ГПБА в этом случае является (кроме создания на оболочке ГПБА необходимого тягового усилия) обеспечение линейной скорости травления кабеля-буксира с лебедки, меньшей или равной скорости перемещения ГПБА в трубчатом хранилище, определяемой величиной градиента давления при создании в нем избыточного давления. При этом сила торможения из-за натяга стравливаемого с лебедки кабеля-буксира должна быть меньше тягового усилия на ГПБА.
При больших апертурах ГПБА, когда большая часть ГПБА намотана на барабан лебедки, а меньшая находится в трубчатом хранилище, возникают проблемы, при которых известный способ трудно реализовать по следующим причинам. В отличие от кабеля-буксира для ГПБА невозможно установить сальниковое уплотнение, т.к. это приведет к повреждению оболочки ГПБА и подвижке функциональных узлов ГПБА внутри оболочки. При этом из-за отсутствия единого контура герметизации становится невозможной синхронизация переменных во времени линейных скоростей сматывания антенны с лебедки и ее движения под действием градиента давления в трубчатом хранилище.
ГПБА
ГПБА
ПОТ
ГПБА
ПОТ
ГПБА
ПОТ
Из-за отсутствия синхронизации скоростей вытравливания ГПБА с лебедки (V) и потока в трубчатом хранилище в случае V>V начинается «набег» шлагов («бухтина») ГПБА, ее изгиб и заклинивание при входе в инжектор, а также излом ГПБА при подходе к концевому фланцу. При V<V происходит уменьшение силы тяги, лебедка тормозит постановку и происходит остановка ГПБА в трубчатом хранилище, V>V, что приводит к образованию бухтины и излому антенны при подходе к концевому фланцу. Таким образом, постановка ГПБА с помощью описанной системы, не имеющей общего контура герметизации лебедки и трубчатого хранилища, практически невозможна.
Отмеченные трудности частично устранены в устройстве (патент США №5788222 от 04.08.1998 г.) для постановки и выборки антенных модулей ГПБА в трубчатом хранилище, в котором происходят испытания антенных модулей под высоким давлением. Антенный модуль ГПБА имеет длину десятки метров, в то время как ГПБА сотни метров.
Устройство и способ по патенту США №5788222 от 04.08.1998 г. являются наиболее близкими аналогами по техническому решению к предлагаемым устройству и способу.
Тяговое усилие на антенном модуле ГПБА в этом устройстве создается не потоком воды, а с помощью механического тягового устройства.
Механическое тяговое устройство включает в себя трубчатое хранилище, сформированное из набора труб, которые жестко и герметично связаны между собой фланцами. Внутренний диаметр протяженного трубчатого хранилища больше внешнего диаметра антенного модуля ГПБА. На входе и выходе трубчатого хранилища установлены две лебедки, каждая в виде барабана с ребордами и приводом вращения.
Носовой конец антенного модуля ГПБА крепится к плоской ленте, устойчивой к трению, ширина ленты достаточна, чтобы на ней расположился антенный модуль ГПБА, так что суммарный размер толщины ленты и диаметра ГПБА в поперечном сечении были меньше внутреннего диаметра трубчатого хранилища. Устойчивая к трению лента обладает поперечной гибкостью, достаточной, чтобы повторить форму внутренней поверхности участка трубчатого хранилища, с которым она соприкасается и предотвращает фрикционный контакт антенного модуля ГПБА с внутренней поверхностью трубчатого хранилища при протягивании, и тем самым предохраняет его от царапин и повреждений. Длина ленты на несколько дюймов короче, чем трубчатое хранилище. До установки в трубчатое хранилище антенный модуль ГПБА располагается на протяженном роликовом лотке.
Антенный модуль ГПБА за счет силы тяжести имеет контакт с поверхностью тяговой ленты и при вращении лебедки за счет силы трения протягивается через трубчатое хранилище. В зависимости от операции (запасовка антенного модуля ГПБА в трубчатое хранилище или эвакуация из него) включается одна из двух лебедок, а вторая находится в нейтральном положении. Механическое тяговое устройство представляет собой пропущенную через трубчатое хранилище ленту и связанные с ней два троса, один из которых имеет разъемное соединение (натяжитель), регулирующее натяжение системы, приводящей в движение ленту при смотке или намотке на барабан соответствующей лебедки. Имеющаяся на ленте механического тягового устройства технологическая манжета захвата осуществляет захват носового (при затягивании) или кормового (при вытравливании) разъемов антенного модуля ГПБА. На обоих торцах трубчатого хранилища установлены обводные ролики для облегчения намотки тросов на барабаны обеих независимых лебедок.
Таким образом, способ постановки выборки устройства-прототипа включает в себя следующие операции:
- установку ленты тягового механического устройства в трубчатом хранилище,
- соединение концевых тросов, предварительно намотанных на барабаны лебедок постановки и выборки с концами ленты,
- создание натяга с помощью натяжителя,
- закрепление технологической манжеты захвата на ленте механического тягового устройства,
- ручное включение лебедки постановки механического тягового устройства и затаскивание антенного модуля ГПБА в трубчатое хранилище,
- ручное включение лебедки выборки тягового устройства и эвакуация антенного модуля ГПБА из трубчатого хранилища.
Основной задачей, решаемой прототипом, является снижение трудоемкости операций постановки и выборки антенного модуля ГПБА в трубчатое хранилище, поскольку по сравнению с предшествующими решениями, где было необходимо не менее 3 человек, чтобы производить манипуляции с антенной. Режим работы лебедок определяется одним оператором, управляющим процессом постановки с помощью ножного привода.
Недостатком этого устройства является размещение антенного модуля ГПБА до установки в трубчатое хранилище на протяженном роликовом лотке, не связанном с устройством постановки-выборки, необходимость использования в качестве привода двух независимых лебедок и необходимость ручного механического крепления модуля ГПБА к тяговой транспортировочной ленте при каждой манипуляции. Еще одним недостатком решения-прототипа является конструкция механического тягового устройства, которая содержит плоскую ленту и пристегиваемые к ней вручную тросы, что делает невозможным его использование для постановки-выборки протяженных ГПБА на кораблях в автоматическом режиме в различных условиях эксплуатации, например под водой.
Задачей заявленного изобретения является устранение перечисленных недостатков известного технического решения, при этом техническим результатом является обеспечение возможности постановки-выборки протяженной ГПБА через негерметичное протяженное трубчатое хранилище с помощью механического тягового устройства в автоматическом режиме без механического крепления антенны к транспортировочному тяговому устройству и без образования «бухтины», приводящее к повреждению ГПБА.
Для обеспечения указанного технического результата в устройство постановки-выборки (УПВ) гибкой протяженной буксируемой антенны (ГПБА), содержащее лебедку в виде барабана с ребордами и приводом его вращения, трубчатое хранилище в виде набора связанных между собой фланцами труб, на входе которого установлена лебедка, обводные ролики, тяговое механическое устройство с натяжителем, проходящее через трубчатое хранилище и обводные ролики, технологические манжеты захвата ГПБА и технологический барабан, установленный на выходе трубчатого хранилища, введены новые признаки, а именно: оно снабжено возвратным трубопроводом механического тягового устройства, а одна из реборд барабана лебедки снабжена дополнительным отсеком для перемотки тягового механического устройства, при этом тяговое механическое устройство выполнено в виде троса, проходящего через трубчатое хранилище, обводные ролики и возвратный трубопровод, и с помощью натяжителя замкнутого в петлю на ободе дополнительного отсека, на тросе с шагом n установлены упорные втулки, а технологические манжеты захвата установлены на участке ГПБА, размещенном в трубчатом хранилище, и закреплены по его длине с интервалом, кратным n, причем внутренний диаметр каждой технологической манжеты захвата равен минимальному наружному диаметру ГПБА, ее наружный диаметр меньше внутреннего диаметра трубчатого хранилища, сумма наружного диметра технологической манжеты захвата и наружного диаметр упорной втулки больше внутреннего диаметра трубчатого хранилища, а наружный диаметр ГПБА и наружный диаметр упорной втулки меньше внутреннего диаметра трубчатого хранилища, при этом радиус обода дополнительного отсека равен радиусу намотки последнего слоя ГПБА на барабане лебедки, а ручей обода имеет перфорацию с шагом n, причем размеры выборок перфорации обеспечивают размещение в них упорных втулок.
Для обеспечения указанного технического результата предложен новый способ постановки и выборки ГПБА.
Для этого в известный способ постановки и выборки ГПБА, включающий размещение участка ГПБА в трубчатом хранилище и монтаж тягового механического устройства с натяжителем, введены следующие новые признаки: монтаж тягового механического устройства, выполненного в виде троса с установленными на нем упорными втулками, производят путем его протяжки от обода дополнительного отсека барабана через трубчатое хранилище, далее через обводные ролики и возвратный трубопровод к ободу дополнительного отсека, на котором трос замыкают в непрерывную петлю, с помощью натяжителя, на тросе выбирают слабину так, чтобы упорные втулки, установленные на тросе, вошли в отверстия перфорации на ободе дополнительного отсека без возможности провиса, производят полную намотку ГПБА на барабан лебедки, к концу ГПБА прикрепляют технологический трос, пропущенный через трубчатое хранилище и закрепленный вторым концом на технологическом барабане, установленном на выходе трубчатого хранилища, лебедку в ручном режиме включают на травление и, выматывая в натяг технологический трос на технологический барабан, производят запасовку ГПБА в трубчатое хранилище, при стравливании ГПБА с барабана лебедки на длину n, останавливают лебедку и на входе в трубчатое хранилище на ГПБА монтируют технологическую манжету захвата так, чтобы ее передний по отношению к лебедке торец механически соприкасался с задним по отношению к лебедке торцом упорной втулки, последовательно повторяя травление ГПБА с барабана лебедки на длину n, на часть ГПБА, которая в штатном режиме находится в трубчатом хранилище, закрепляют технологические манжеты захвата, когда ГПБА занимает в трубчатом хранилище штатное положение, лебедку выключают и от ГПБА отсоединяют технологический трос, после чего дальнейшие постановки и выборки ГПБА осуществляют в автоматическом режиме.
Основная идея изобретения заключается в создании УПВ, в котором выталкивание антенны в поток из трубчатого хранилища осуществляется с помощью упорных втулок механического тягового устройства, которое приводится в движение с помощью лебедки УПВ, на которой намотана ГПБА. На обод дополнительного отсека барабана лебедки заводятся два конца троса тягового устройства, проложенного через трубчатое хранилище и возвратный трубопровод, и соединяются натяжителем в замкнутую петлю. Обод дополнительного отсека лебедки УПВ выполняет роль привода (аналогично велосипедной звездочке). При вращении лебедки УПВ упорные втулки механического тягового устройства входят в зацепление с технологическими манжетами захвата, установленными на антенне, и приводят антенну в движение (аналогично звеньям велосипедной цепи), перемещая ее вдоль трубчатого хранилища в поток, при этом скорость движения антенны, сматываемой с лебедки, и скорость механического тягового устройства синхронны, т.к. они приводятся в движение общим приводом лебедки УПВ. Это исключает образования «бухтины», сбои в работе УПВ и обеспечивает автоматическую постановку антенны из негерметичного трубчатого хранилища в поток.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1, 2, 3, где на фиг.1 приведена конструкция предложенного УПВ, на фиг.2 изображено продольное сечение трубчатого хранилища при совместном движении по нему троса механического тягового устройства с упорными втулками и участков ГПБА с технологическими манжетами захвата, на фиг 3 - поперечное сечение трубчатого хранилища, на фиг 3а) - сечение по АА и на фиг.3б) - сечение по ВВ.
Предлагаемое УПВ (фиг.1) содержит барабан 1 лебедки с ребордами и приводом вращения, трубчатое хранилище 2 в виде набора связанных между собой фланцами труб, трос 4 механического тягового устройства, на котором с шагом n установлены упорные втулки 10. В одной из реборд барабана 1 выполнен дополнительный отсек 9 для перемотки троса 4. В реборде 9 с шагом n выполнена перфорация (на фиг.1 не указана), выборки которой соответствуют размерам упорных втулок 10. Трос 4 замкнут в петлю с помощью натяжителя 5, выполненного, например, в виде струбцины. Часть петли троса 4 размещается в трубчатом хранилище 2, а часть, после обводных роликов 3 в возвратном трубопроводе 8. Участок ГПБА 7 с технологическими манжетами 6 захвата находится в трубчатом хранилище 2, а остальная его часть намотана на барабан 1 лебедки. Технологический барабан 11 с технологическим тросом 12 установлен на выходе трубчатого хранилища 2.
Описание работы устройства целесообразно совместить с описанием способа.
До размещения на барабане 1 лебедки УПВ антенны 7 на обод дополнительного отсека 9 барабана 1 заводят два конца троса 4 тягового устройства, проложенные через трубчатое хранилище 2 и возвратный трубопровод 8, и соединяют натяжителем 5 в замкнутую петлю. Обод дополнительного отсека 9, снабженный выборками, выполняет роль привода аналогично велосипедной звездочке. При вращении барабана 1 упорные втулки 10, установленные на тросе 4 (аналогично звеньям велосипедной цепи), входят в зацепление с ободом дополнительного отсека 9 и приводят трос 4 в движение, перемещая его вдоль трубчатого хранилища 2.
При первой установке ГПБА 7 производят полную намотку ГПБА на барабан 1 лебедки УПВ, к концу ГПБА 7 прикрепляют технологический трос 11, пропущенный через трубчатое хранилище 2 и закрепленный вторым концом на технологическом барабане 12, установленном на выходе трубчатого хранилища. Лебедку УПВ в ручном режиме включают на травление и, выматывая в натяг, технологический трос 11 на технологический барабан 12, производят запасовку ГПБА в трубчатое хранилище. При стравливании ГПБА с барабана лебедки на длину n, останавливают лебедку и на входе в трубчатое хранилище 2 на ГПБА монтируют технологическую манжету 6 захвата так, чтобы ее передний по отношению к лебедке торец механически соприкасался с задним по отношению к лебедке торцом упорной втулки 10, последовательно повторяя травление ГПБА с барабана 1 лебедки на длину n. На участок ГПБА, который в штатном режиме находится в трубчатом хранилище 2, закрепляют манжеты 6. Когда ГПБА занимает в трубчатом хранилище 2 штатное положение, лебедку выключают и от ГПБА отсоединяют технологический трос 11, после чего дальнейшие постановки и выборки ГПБА осуществляют в автоматическом режиме.
При включении лебедки на постановку упорные втулки 10 троса 4 механического тягового устройства «выталкивают» антенну 7 из трубчатого хранилища 2 в поток.
Поскольку радиус обода дополнительного отсека 9 механического тягового устройства 4 равен радиусу верхнего слоя ГПБА 7, на барабане 1 лебедки, то при включении лебедки на постановку антенны 7 в поток линейная скорость перемещения троса 4 по трубчатому хранилищу 2 в точности соответствует линейной скорости перемещения при сматывании с лебедки 1 первого верхнего слоя ГПБА 7, т.к. трос 4 и ГПБА 7 приводятся в движение общим приводом-лебедкой УПВ и имеют одну угловую и линейную скорость. После включения лебедки на травление механическое тяговое устройство транспортирует в поток часть ГПБА 7, снабженную манжетами 6. Дальнейшая постановка осуществляется практически без участия механического тягового устройства под действием сил гидродинамического обтекания вытравленной части ГПБА 7, линейная скорость которой относительно линейной скорости троса 4 возрастает. Механическое тяговое устройство не мешает дальнейшей постановке ГПБА 7 (фиг.3б), т.к. диаметр ГПБА 7 и диаметр троса 4 с упорными втулками 10 меньше внутреннего диаметра трубчатого хранилища 2. При выборке ГПБА 7, когда в трубчатое хранилище 2 возвращается часть ГПБА 7 с установленными на ней технологическими манжетами захвата 6, перемещение троса 4 не препятствует запасовке антенны. Возвратный трубопровод 8 для механического тягового устройства может быть проложен независимо от трассировки трубчатого хранилища 2. При этом реализация предлагаемого механического способа постановки и выборки ГПБА позволяет осуществлять ее эксплуатацию без использования гидравлической системы вымывания, не требует введения в конструкцию УПВ дополнительной лебедки для привода механического тягового устройства и обеспечивает автоматическую синхронизацию скорости вытравливаемой ГПБА и скорости движения механического тягового устройства, что исключает образование слабины и перехлестов антенны на лебедке.
Таким образом, создание механического тягового устройства, которое приводится в движение лебедкой УПВ, на барабан которой намотана ГПБА, обеспечивает задачу автоматической постановки и выборки ГПБА и задачу автоматической синхронизации скоростей ГПБА и механического тягового устройства в процессе постановки и выборки, обеспечивает решение задачи постановки ГПБА в негерметизированном трубчатом хранилище и исключает сбои работы УПВ при постановке и выборке ГПБА.