АВАРИЙНО-СИГНАЛЬНЫЙ БУЙ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЯХ
MESSENGER BUOY FOR USE IN ICE CONDITIONS

Изобретение относится к буям в области поисковых и подводно-технических работ при наличии сплошного ледового покрова в районе нахождения подводной лодки и может быть использована также для подводно-технических комплексов, эксплуатируемых в районах с ледообразованием, для обозначения положения элементов комплексов (например, устьев скважин) и индикации в случаях аварии (например, в случае выброса нефти или газа).
Для обозначения положения затонувшей (лежащей на грунте) подводной лодки (далее ПЛ) или иного подводного сооружения, находящегося на дне моря, и для индикации аварии и подачи аварийного сигнала применяют всплывающие аварийно-сигнальные буи. При этом в присутствии льда на поверхности моря необходимо преодолеть трудности всплытия аварийно-сигнального буя на поверхность моря, возникающие из-за наличия ледяного покрова. Возможно применение подобных аварийно-сигнальных буев для обеспечения радиосвязи ПЛ в подледном плавании в экстренных случаях.
Известно устройство для подачи сигналов об аварии подо льдом, описанное в патенте «Способ подачи сигналов об аварии подо льдом с помощью гидроакустического сигнализатора и устройство для его осуществления» (патент RU №2520985, МПК В63В 22/00, B63G 8/00, G01S 15/02, В63С 7/26, публ. 27.06.2014 г.), которое предназначено для всплытия в ледовых условиях и может быть использовано с подводного объекта, приледненного к нижней поверхности ледяного покрова или лежащего на грунте под ледяным покровом.
Указанное устройство для подачи сигнала об аварии подо льдом по гидроакустическому каналу работает путем установки и стабилизации акустического сигнализатора на заданной глубине. Устройство снабжено плавучим буем, который всплывает и прижат к нижней кромке льда. При этом плавучий буй оснащен синтетическим тросиком заданной длины, который закреплен на акустическом сигнализаторе для удержания его на глубине зоны подводного звукового канала. Данное устройство включает всплывающий буй, который не пробивает лед, а лишь приледняется к нижней поверхности льда и поддерживает на тросе гидроакустический излучатель-сигнализатор, обеспечивающий звукоподводное оповещение.
Применение данного устройства-аналога для обеспечения радиосвязи и подачи аварийных радиосигналов исключено, поскольку упомянутое устройство не пробивает лед, а лишь приледняется к нижней поверхности льда, т.е. не имеет связи с атмосферой.
Известен пробивающий лед буй связи, отделяющийся от ПЛ, оснащенный корпусом с циркулирующим внутри парожидкостным горячим рабочим телом для протаивания слоя льда и вывода радиоантенны на поверхность с целью подачи аварийных сигналов (патент США №5593332 «Ice Penetrating Communication Buoy». МПК B63B 22/00, B63B 22/24, от 14.01.1997). Указанный патент US №5593332 выбран в качестве прототипа.
Указанный «Форсирующий лед буй связи» имеет корпус с округлой головкой, в котором размещена камера, содержащая множество литиевых шариков в оболочке из карбида фтора, трубку подачи морской воды в камеру, каналы, соединяющие внутрикорпусное пространство буя с камерой, а также радиоантенну. Высота корпуса, масса, плавучесть и остойчивость буя обеспечивают всплытие буя до нижней поверхности ледяного покрова, контакт его с нижней поверхностью льда. Продвижение буя (вверх) сквозь лед происходит за счет использования вышеуказанных средств разрушения ледяного покрова, которые обеспечивают форсирование ледяного поля путем протаивания льда и плавучести буя. Выделение тепла в рабочем теле происходит за счет электрохимической реакции между сердцевиной и оболочкой шариков в камере при подаче морской воды в камеру. Горячая пароводяная смесь устремляется через каналы в внутрикорпусное пространство буя, нагревая его для протаивания ледяного покрова. После прохода головки буя через верхнюю поверхность льда через выдвижную радиоантенну осуществляется радиосвязь с берегом или станцией на летательном аппарате.
Недостатками прототипа являются:
- устройство в виде корпуса, нагреваемого за счет электрохимической реакции, для обеспечения выхода буя и выдвижения радиоантенны на поверхность не гарантирует форсирования слоя льда толщиной 0,7-1 м и более,
- собственная остойчивость вертикального всплытия буя в процессе протаивания льда в концепции данного устройства не обеспечена из-за того, что единственной движущей силой является плавучесть буя, приложенная ближе к хвостовой части, а сопротивление приложено в носовой части из-за округлой формы головки буя, что может привести к «заваливанию» буя и принятию им, например, горизонтального или наклонного положения, вследствие чего вертикальное протаивание льда не наступает. Поэтому в прототипе для обеспечения остойчивости вертикального движения буя во льду использованы откидные реечные упоры с кольцом для направления движения буя. Удержание направления движения буя зависит от фиксации упоров в нижней поверхности льда, что весьма ненадежно, особенно при обычно неровной нижней поверхности ледяного поля, и, соответственно, снижает надежность устройства.
Таким образом, техническое решение (прототип) не обеспечивает устойчивость вертикального движения буя во льду, не гарантирует выход буя на поверхность и выдвижение радиоантенны при форсировании слоя льда толщиной 0,7-1 м и более, что снижает эффективность и надежность работы буя, особенно в экстренных случаях.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка конструкции аварийно-сигнального буя, которая позволила бы обеспечить устойчивое движение буя при форсировании ледяного поля, всплытие верхней части корпуса буя на поверхность для гарантированного выдвижения радиоантенны в экстренных случаях.
Для решения поставленной задачи предлагается аварийно-сигнальный буй, предназначенный для всплытия в ледовых условиях, который позволяет устранить перечисленные недостатки прототипа и обеспечить следующий технический результат, а именно:
- устойчивое вертикальное всплытие при форсировании ледяного поля;
- форсирование ледяного поля значительной толщины (0,7-1 м и более);
- выдвижение радиоантенны в атмосферу из ледяного поля и обеспечение радиосвязи ПЛ в подледном плавании в экстренных случаях.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом аварийно-сигнальном буе для применения в ледовых условиях верхняя часть корпуса, в котором размещены средства разрушения льда и радиоантенна, в отличие от прототипа выполнена в виде усеченного конуса, центрированного относительно оси корпуса. Радиоантенна помещена внутрь корпуса и установлена с возможностью ее выдвижения по оси усеченного конуса в сторону ледяного поля. Конический наконечник радиоантенны представляет собой продолжение усеченного конуса до вершины конуса. Радиоантенна опирается на упорное кольцо усеченного конуса и имеет свободу перемещения только по оси корпуса в сторону выдвижения. Средства разрушения ледяного поля выполнены в виде помещенных в нижнюю часть корпуса пороховых струйных реактивных двигателей. Пороховой струйный реактивный двигатель помещен также в нижней части выдвижной радиоантенны по оси выдвижения радиоантенны. После всплытия аварийно-сигнального буя до контакта с нижней поверхностью ледяного поля конический наконечник радиоантенны внедряется в нижнюю поверхность ледяного поля. В момент внедрения срабатывают пороховые струйные реактивные двигатели, размещенные в нижней части корпуса. В результате происходит взлом ледяного поля или как минимум нарушение его целостности. При движении в толще льда ось аварийно-сигнального буя лишь незначительно может отклониться от вертикали благодаря внедрению конической части корпуса в ледяное поле. Затем с некоторым интервалом срабатывает пороховой струйный реактивный двигатель, размещенный в нижней части радиоантенны. После срабатывания указанного двигателя радиоантенна выдвигается вверх за счет импульса от работы двигателя, раздвигая наконечником разрушенный лед и делая возможной радиосвязь ПЛ в экстренных случаях.
Существенность отличий заявляемого технического решения по отношению к прототипу при достижении заявленного технического результата заключается в том, что:
- верхняя часть корпуса аварийно-сигнального буя и наконечник радиоантенны выполнены коническими, средства разрушения ледяного поля выполнены в виде пороховых струйных реактивных двигателей, размещенных в нижней части корпуса (вместо принятого в прототипе продвижения аварийно-сигнального буя сквозь лед за счет протаивания льда термохимической реакцией и плавучести буя), что позволяет реализовать надежное внедрение аварийно-сигнального буя в лед и взлом ледяного поля значительной толщины (0,7-1 м и более);
- радиоантенна установлена внутри корпуса с возможностью ее выдвижения по оси усеченного конуса в сторону ледяного поля и фиксирована от смещения внутрь корпуса упорным кольцом усеченного конуса, что обеспечивает устойчивое вертикальное всплытие при форсировании ледяного поля заданной толщины (в прототипе нет указаний на конструкцию радиоантенны);
- наконечник радиоантенны выполнен конической формы, а радиоантенна снабжена пороховым струйным реактивным двигателем, помещенным в ее нижней части, что обеспечивает выдвижение радиоантенны в атмосферу из ледяного поля с целью обеспечения радиосвязи ПЛ в подледном плавании в экстренных случаях.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1-6, где:
на фиг. 1 показан общий вид аварийно-сигнального буя для применения в ледовых условиях, всплывающего в направлении нижней поверхности ледяного покрова;
на фиг. 2 показан разрез по Α-A, раскрывающий расположение пороховых струйных реактивных двигателей в нижней части корпуса аварийно-сигнального буя;
на фиг. 3 показан общий вид аварийно-сигнального буя в момент первичного внедрения в нижнюю поверхность ледяного покрова и начала действия пороховых струйных реактивных двигателей;
на фиг. 4 показан в увеличенном виде узел помещения наконечника радиоантенны в верхней части корпуса аварийно-сигнального буя (вид Б);
на фиг. 5 показан аварийно-сигнальный буй в момент прохождения им ледяного покрова и выпуска радиоантенны.
на фиг. 6 показана нижняя часть корпуса аварийно-сигнального буя в поперечном разрезе с расположением пороховых струйных реактивных двигателей в нижней части корпуса аварийно-сигнального буя и порохового струйного реактивного двигателя в нижней части радиоантенны;
На фиг. 1 показан аварийно-сигнальный буй для применения в ледовых условиях. Верхняя часть корпуса 1 аварийно-сигнального буя для применения в ледовых условиях (см. фиг. 4) выполнена в виде центрированного относительно оси корпуса 1 усеченного конуса 2, продолженного коническим наконечником 3 радиоантенны 4 в виде продолжения усеченного конуса 2 до вершины конуса. Радиоантенна 4 помещена внутри корпуса 1 и установлена с возможностью ее выдвижения по оси усеченного конуса 2 в сторону ледяного поля 5 и фиксирована от смещения внутрь корпуса 1 упорным кольцом 6. Радиоантенна 4 соединена кабелем радиосвязи 7 с подводным объектом. Средства разрушения ледяного поля 5 (см. фиг. 2 и фиг. 6) выполнены в виде помещенных в нижнюю часть корпуса 1 пороховых струйных реактивных двигателей 8, которые закреплены в днище 9 корпуса 1. Пороховой струйный реактивный двигатель 10 размещен в нижней части радиоантенны 4 и ориентирован по ее оси выдвижения.
Работа аварийно-сигнального буя для применения в ледовых условиях.
В случае возникновения аварийной ситуации в подледных условиях аварийно-сигнальный буй (см. фиг. 1) отделяется от ПЛ или другого подводного объекта и всплывает до контакта с нижней поверхностью ледяного поля 5. В процессе первичного внедрения в лед конический наконечник 3 радиоантенны 4 проникает в ледяное поле 5 (см. фиг. 3), удерживаясь от сдвига внутрь корпуса 1 упорным кольцом 6 на усеченном конусе 2 (см. фиг. 4). Контакт конического наконечника 3 с ледяным полем 5 инициирует запуск пороховых струйных реактивных двигателей 8 (время их работы, ориентировочно, несколько десятых секунды) с тягой, направленной вниз от днища корпуса буя. В результате происходит взлом (см. фиг. 5) ледяного поля 5 (за счет импульса от работы пороховых струйных реактивных двигателей 8) или как минимум нарушение его целостности (появляются трещины). В процессе форсирования толщи ледяного поля 5 ось аварийно-сигнального буя мало отклоняется от вертикали благодаря внедрению конического наконечника 3 в ледяное поле 5 и тяги пороховых струйных реактивных двигателей 8. Затем с некоторым интервалом (например, 2-5 секунд) срабатывает пороховой струйный реактивный двигатель 10, размещенный в нижней части радиоантенны 4. После срабатывания порохового струйного реактивного двигателя 10, как показано на фиг. 5, радиоантенна выдвигается из корпуса 1 за счет импульса от работы порохового струйного реактивного двигателя 10, раздвигая коническим наконечником 3 разрушенный лед и делая возможной радиосвязь ПЛ со спасательными станциями.
Таким образом, за счет внедрения аварийно-сигнального буя в лед и взлома ледяного поля коническим наконечником при срабатывании пороховых струйных реактивных двигателей, установленных на корпусе буя, достигается устойчивое вертикальное всплытие аварийно-сигнального буя при форсировании ледяного поля, в том числе и значительной толщины (0,7-1 м и более), а также обеспечивается выдвижение радиоантенны в атмосферу из ледяного поля за счет срабатывания порохового струйного реактивного двигателя радиоантенны и обеспечение радиосвязи ПЛ в подледном плавании в экстренных случаях.