СИСТЕМА ЗАТОПЛЕНИЯ КОРАБЛЕЙ
SHIP-FLOODING SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системам вооружения и может быть использована для создания линии обороны от вражеских судов.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство для получения активированной газожидкостной смеси [патент РФ №2211805], включающее в себя последовательно расположенные аэрационную камеру со струйным диспергатором газа и трубопровод готовой активированной газожидкостной смеси, а также соединенные с аэрационной камерой патрубки для подачи газа и растворов реагентов. Устройство снабжено камерой ускорения течения смеси с патрубком для ввода дополнительной жидкости и гидравлической насадкой с отверстиями, выполненными со стороны трубопровода готовой активированной смеси.
Данное решение представляет собой диспергатор (аэратор) для создания газожидкостной смеси, имеющей сниженную удельную плотность.
Из уровня техники также известен аэратор [патент РФ №2292233], который включает в себя воздухоподающую трубу с эластичными диспергаторами, выполненными в виде насадок с плоскими хвостовиками, и имеющими соотношение длины, ширины и толщины внутреннего щелевого отверстия хвостовика в пропорции 70:15:1. Упомянутые диспергаторы соединяются с воздухоподающей трубой, выполненной кольцевой в форме равностороннего многогранника, посредством штуцеров и установленных с возможностью колебательного движения хвостовиков.
Данное решение представляет собой диспергатор (аэратор) для создания газожидкостной смеси, имеющей сниженную удельную плотность.
Из уровня техники также известен способ атаки воздушным пузырем и оборудование для потопления корабля в целости и сохранности [патент CN 1873364 A], включающий в себя способ атаки воздушным пузырем тонущего корабля целиком, реализуемый технологическими средствами, которые обеспечивают выброс пузырей в воде, а также способ воздействия пузырьков воздуха на тонущее судно в неповрежденном состоянии по п. 1, отличающийся тем, что описанный пузырь содержит азот и/или кислород, а также устройство воздушно-пузырчатой атаки тонущего корабля целиком по п. 1, отличающееся тем, что это устройство устанавливается на дне или подвешивается на промежуточном судне для хранения сжиженного газа водоема или газовыделительной системы, а также устройство по п. 3, отличающееся тем, что описанное удерживающее судно может управляться человеком или дистанционно, а также устройство по п. 3, отличающееся тем, что описанная система выброса газов расположена у основания дна.
Данное техническое решение является наиболее близким по своей технической сущности прототипом.
К недостаткам такого решения можно отнести использование готовой системы в сборе, что затрудняет ее разворачивание (реализацию), а также делает невозможным создание распределенной протяженной системы.
Раскрытие изобретения
Судостроение является динамичной и быстро развивающейся частью промышленности и отличается большим количеством спускаемых ежегодно морских судов, некоторые из которых имеют двойное назначение. Также все ведущие страны обладают военно-морским флотом, состоящим из надводных и подводных судов. Морская составляющая обороноспособности любой из стран занимает значительную часть бюджета министерства обороны. Таким образом, морская угроза велика и требует создания линии обороны от судов противника. Однако современный театр военных действий характеризуется крайне высокой динамичностью и скоростью развертывания военных сил, что для пассивной линии обороны требует заблаговременного размещения ее технических средств. Использование минного оружия ограничено в мирное время международными договорами и опасностью для рыболовных судов, что и объясняет отсутствие подобного рода систем.
Все это создает востребованность безопасной для гражданских судов системы обороны от надводных и подводных судов. Такая система должна быть простой, и не содержать взрывчатых веществ. Сложность этой задачи усугубляется необходимостью стационарного размещения до начала боевых действий, то есть ее действие не должно быть ограничено международными соглашениями, а ее реализация должна исключать существенный ущерб для гражданских судов.
В качестве решения поставленной задачи предлагается использовать систему затопления кораблей, основанную на быстром затоплении судна на дно в глубоководных районах океана. Для таких районов характерна глубина до дна 600-800 метров и более, а также деление толщи воды на несколько раздельных слоев (уровней), которые отличаются друг от друга соленостью, температурой - и практически не подвержены взаимному смешиванию по причине отсутствия течений в придонных слоях.
Температура придонных слоев морской воды слабо меняется в течение года и составляет от 0 до -2 градусов Цельсия. В силу большой глубины расположения, такие массивы воды не участвуют в океанических течениях (например, Гольфстрима), и имеют отличную от основной массы воды соленость и практически не подвержены смешению с поверхностными массами морской воды. В области северных широт (например, Норвегии), такие слои имеют глубину 400-600 метров, и достижимы для выполнения необходимых глубоководных работ по монтажу системы утилизации. Вместе с тем, такая глубина при температуре ниже нуля обусловливает низкую биологическую активность придонной флоры и фауны. Это означает, что размещенные на дне в холодном слое воды объекты не будут подвержены биологическому разрушению, и не несут угрозы экосистеме по причине ее отсутствия. Даже в случае отсутствия элементов защиты от коррозии, части системы затопления кораблей будут разлагаться длительное время.
Разворачивание предлагаемой системы затопления кораблей может производиться при помощи зафрахтованных судов гражданского флота, а ее элементы могут изготовляться на гражданских предприятиях, что позволяет максимально снизить финансовые затраты на ее развертывание. Надежность обеспечивается многократным резервированием, таким образом, что выход из строя любого баллона не влияет на боеспособность системы в целом.
В основу принципа действия предлагаемой системы затопления кораблей положен процесс быстрого погружения корпуса судна на морское путем создания объемной области пониженного давления (низкой удельной плотности морской воды), что ведет к опусканию судна на морское дно из-за снижения запаса плавучести, обусловленного снижением архимедовой силы выталкивания. Как известно, каждое судно обладает ограниченным запасом плавучести - определяемого превышением архимедовой силы выталкивания над массой судна. В свою очередь, архимедова сила выталкивания зависит от удельной плотности воды - которая варьируется, например, для различных районов мирового океана в зависимости от солености воды.
Создаваемая системой затопления кораблей область пониженной удельной плотности воды обеспечивает быстрое затопление судна на дне, где оно сжимается давлением толщи воды - что ведет к заполнению объемов корпуса водой, разрушению ее оборудования, потере запаса плавучести и устранению тактической угрозы со стороны затопленного судна.
Упомянутый эффект достигается путем создания объемной области, насыщенной пузырьками воздуха с низкой плотностью, от дна и вплоть до поверхности моря. Затопляемое судно должно быть расположено над местом расположения элементов предлагаемой системы затопления кораблей, таким образом - она является стационарной.
При попадании затопляемого корабля в зону действия системы, блок системы управления вырабатывает команду на открытие клапана подачи воздуха, расположенном на баллоне со сжатым воздухом - основываясь на данных акустического датчика, подключенного к нему.
Поскольку размещение системы на значительной глубине происходит при большом давлении тощи воды, использование кабелей для объединения элементов системы (т.е. баллонов с их оснащением) не целесообразно, так как это ведет к понижению сопротивления изоляции соединительных линий связи. Таким образом, система является распределенной, без явного центра, вызывающего срабатывание системы в целом.
Аналогично, блок системы управления должен выполняться в едином корпусе, с монолитной заливкой компаундом изнутри в целях обеспечения его герметичности. В таком исполнении, система затопления обеспечивает длительную безотказную работу в ждущем режиме.
Таким образом, блок системы управления должен включать в едином корпусе все свои составляющие элементы, в том числе элементы питания и акустический датчик.
Срок эксплуатации системы будет ограничиваться, главным образом, долговечностью элементов питания - однако с учетом низкого потребления электроэнергии современными микроконтроллерами и прочими элементами в интегральном исполнении, интервалы между обслуживанием элементов системы могут быть продлены до 6-7 лет с момента установки.
Блок системы управления может содержать различные алгоритмы его срабатывания на боевые цели, например в мирное время он может быть в "ждущем режиме", и только в военное время переводиться в "боевой режим" по передаваемым акустическим способом сигналов управления. Сигналы могут быть переданы к элементам системы от надводного судна с подводным акустическим излучателем. Блок системы управления с микропроцессором позволяет реализовать разного рода алгоритмы управления. Алгоритмы для такого управления не входят в отличительную часть заявляемого решения, представляющего собой устройство, а не способ.
Наглядно работа системы представлена на фиг. 1. Здесь визуально изображено затопляемое судно, расположенное в заданном районе. На дне моря расположена система (матрица) баллонов воздуха высокого давления, оснащенных управляемыми клапанами и диспергаторами для выпуска воздуха. Также на фигуре изображена область диспергированных пузырьков газа, занимающих объем от морского дна и до поверхности. В зоне действия такой области с низкой удельной плотностью объема и расположено судно, которое начинает проваливаться по мере достижения диспергированным воздухом поверхности моря. Скорость погружения будет определяться многими параметрами, и в том числе - массой и габаритами судна, насыщенностью воды диспергированным воздухом, размерами упомянутых пузырьков воздуха и другими факторами.
Аналогично изображенному на фиг. 1, происходит затопление для подводных судов, для которых характерен малый запас плавучести - что и облегчает их уничтожение. Кроме того, в подводном положении они не имеют поверхностного натяжения воды, что также облегчает уничтожение.
На фиг. 2 изображена матрица из баллонов с воздухом высокого давления, размещаемая на морском дне. Показан массив элементов размером 10 на 10 баллонов. Наиболее оптимальным при этом является равное расстояние между баллонами, что обеспечивает равномерное вспенивание воды и создание области низкой удельной плотности воды. При расстоянии между баллонами 10 метров, обеспечивается зона покрытия не менее 100 на 100 метров, чего достаточно для затопления кораблей малого и среднего водоизмещения. В случае необходимости утилизации более крупных целей, размеры системы увеличиваются пропорционально росту габаритов. Однако себестоимость системы может быть незначительна при изготовлении ее частей силами гражданской промышленности в силу отсутствия опасных (взрывчатых) частей, а заполнение баллонов со сжатым воздухом может производиться непосредственно при установке системы.
В целом, возможно затопление судна любого водоизмещения, таким образом, система затопления может быть универсальной.
2
На фиг. 3 показан в сборе баллон с воздухом высокого давления, оснащенный управляемым клапаном на нем, и диспергатором для создания воздушной взвеси в морской воде. При давлении воздуха 600 кг/см, это соответствует давлению воды на глубине 6000 метров, и гарантирует работу (продувание) баллонов на глубине вплоть до 400-600 метров. При наличии финансирования, объем баллонов может быть значительно увеличен.
На фиг. 4 изображена функциональная схема элемента системы затопления кораблей, обеспечивающая срабатывание массива баллонов по акустическому сигналу от объекта. Единичный отказ баллонов не ведет к отказу всей системы в целом, затопление цели обеспечивается и при этом.
2
2
2
2
Используемые в настоящее время на морских судах баллоны с воздухом высокого давления имеют давление 400 кг/см (например, в составе систем для запуска дизеля), автору известны случаи применения баллонов с воздухом при давлении 800 кг/см. Такой уровень давления соответствует глубине погружения 8000 метров (каждые 10 метров глубины дают давление 1 кг/см), а для работы системы необходимо чтобы давление в баллонах превышало давление тощи воды. Таким образом, при давлении 800 кг/см и размещении системы утилизации в районах моря с глубиной 800 метров, давление в баллонах в 10 раз превысит давление тощи воды. Это означает, что возможен эффективный выход сжатого воздуха из баллонов через диспергаторы, и получение активной газожидкостной смеси с низкой удельной плотностью. Система не требует расходных материалов (кроме, разумеется, воздуха) и не содержит опасных и вредных для экологии веществ - таким образом, минимизирован вред для экологии. Система безопасна -заправка баллонов может производиться непосредственно на месте установки без участия персонала на близком расстоянии, а выход из строя любого одного баллона не ведет к отказу системы в целом.
Одновременное срабатывание баллонов приводит к одновременному и быстрому вспениванию большого участка моря, определяемого размерами массива упомянутых баллонов - причем скорость стравливания объема из баллонов должна обеспечивать образование газожидкостной смеси во всем объеме до поверхности, что необходимо учитывать при проектировании. Однако, при этом длительность работы может быть непродолжительной, а район покрытия системы увеличивается с ростом глубины размещения - за счет расширения пузырей диспергированного воздуха по мере поднимания к поверхности происходит расширение их потока.
На фиг. 5 показана складывающаяся механическая связь между смежными баллонами со сжатым воздухом, в сложенном виде, и оснащенная фиксацией раскрытого положения. При погрузке системы на судно, система находится в сложенном положении - а во время медленного хода судна в процессе ее развертывания, механические связи между смежными баллонами расправляют и фиксируют в их расправленном положении. Это гарантирует равномерность установки элементов системы (т.е. баллонов с воздухом) на дне, и обеспечивает их раскрепление в виде матрицы.
Заявляемое решение находится в четкой причинно-следственной связи между своими составляющими частями, что говорит о его единстве.
Так, на фиг. 3 изображен один элемент системы, представляющий собой баллон со сжатым воздухом 1, на котором установлен управляемый клапан 2, на выпуске клапана размещается диспергатор 3, обеспечивающий образование смеси из пузырьков газа в морской воде. При срабатывании по акустическому сигналу, полученному от акустического датчика 5, который входит в состав блока системы управления 4 совместно с самой системой управления 5 (фиг. 4), упомянутый блок системы управления дает сигнал на открытие управляемого клапана, который начинает выпуск воздуха сквозь диспергатор. Отличительная часть заявляемого решения изображена на фигуре 5, и представляет собой шарнирную механическую связь между отдельными элементами системы (баллонами). В состоянии поставки - то есть до развертывания системы, механическая связь сложена для снижения габаритов системы и расстояния между баллонами. В таком состоянии вся система занимает минимальное пространство на судне, с которого будет производиться ее развертывание. Наличие на штангах механической связи защелок для фиксации позволяет обеспечить точность расстояний между смежными баллонами - а значит и качество размещения все системы.
Наличие элемента питания в каждом элементе системы (блоке системы управления) обеспечивает высокую надежность, так что отказ любого одного блока системы управления не ведет к сбою всей системы.
Заявляемое изобретение является новым решением, и имеет следующие принципиальные отличия:
- баллоны оснащаются складывающейся механической связью;
- механическая связь состоит из штанг с шарнирным соединением между собой и баллоном, с фиксацией раскрытого положения.
Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого решения приводит к новому техническому результату - быстрому и точному развертыванию системы в виде матрицы баллонов на морском дне.
Предлагаемое техническое решение является простым и промышленно применимым, поскольку при существующем уровне промышленной техники реализуемы все его составляющие части.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен процесс работы системы затопления кораблей. На фиг. 2 изображена размещенная на дне матрица баллонов с воздухом высокого давления. На фиг. 3 изображен баллон с воздухом высокого давления. Здесь 1 - баллон, 2 - управляемый клапан, 3 - диспергатор воздуха, 4 - блок системы управления с датчиком. На фиг. 4 изображена функциональная схема одного элемента системы затопления кораблей. Здесь 5 - акустический датчик, 6 - система управления. На фиг. 5 изображена механическая связь между смежными баллонами со сжатым воздухом, в сложенном виде. Здесь 7 - штанга, 8 - фиксатор раскрытого положения.