ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ С ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМИ НЕСУЩИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ

Область техники.
Полезная модель относится к области подводной техники и, в частности, к подводным аппаратам с гидродинамическими несущими поверхностями, например, плоскостями крыльев, создающих гидродинамическую подъемную силу.
Уровень техники.
В подводной технике уже давно сформировалось, существует и развивается целое направление подводных аппаратов (ПА) с крыльями, создающими гидродинамическую подъемную силу. Особенно много конструкций таких аппаратов запатентовано в США (см. патенты США №№3157145 (1964), 3492962 (1970), 4577583 (1986), 5373800 (1994). Общим преимуществом этих подводных аппаратов является то, что с учетом создаваемой на крыльях гидродинамической подъемной силы повышаются их некоторые служебные характеристики. Однако, установка на ПА крыльев одновременно приводит к уменьшению максимальной скорости движения, дальности действия, автономности.
Устранению первого из перечисленных недостатков посвящено авторское решение, предложенное в полезной модели (свидетельство РФ №24987 (2002), заключающееся в установке с внешней стороны прочного корпуса ПА накачиваемых воздухом камер из эластичного материала, например, резины (балластные цистерны изменяющейся геометрии), снабженные предохранительными клапанами и управляемой пневмосистемой для заполнения оболочек воздухом и удаления его из них, при этом оболочки закрыты сверху створками, плотно облегающими прочный корпус ПА при выпуске воздуха из них, что устраняет увеличение гидросопротивления ПА, обусловленное установкой на него крыльев, и приводящее к снижению его максимальной скорости.
Это решение является наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели по набору конструктивных признаков, но в нем топливный отсек с расположенными там топливными цистернами занимает постоянный объем, отчего гидросопротивление ПА и его служебные характеристики находятся вне зависимости от объема содержания топлива и/или его компонент в топливных цистернах.
Раскрытие полезной модели
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, заключается в дополнительном уменьшении гидросопротивления и улучшении служебных
характеристик ПА за счет оптимизации его конструкции посредством выполнения топливного отсека полностью или частично в виде секционных топливных цистерн изменяющейся геометрии.
Технический результат обеспечивается в совокупности тем, что предлагаемый подводный аппарат с гидродинамическими несущими поверхностями (плоскостями) в виде крыльев содержит прочный корпус, включающий последовательно расположенные по его длине отсеки: пилотский отсек с носовой дифферентной цистерной и расположенными в нем органами управления аппаратом; опциональный (по выбору) грузовой отсек; топливный отсек, машинный отсек, включающий дейдвудную трубу, с расположенным в отсеке и трубе двигателем и системой передачи мощности от двигателя к движителю; кормовой отсек с кормовой дифферентной цистерной. Вертикальный и горизонтальный стабилизаторы установлены на кормовом отсеке и снабжены соответственно рулями направления и глубины. Силовой набор из стрингеров (продольных ребер) и шпангоутов (поперечных ребер) жестко скрепляет пилотский и кормовой отсеки с гидродинамическими несущими поверхностями, выполненными преимущественно в виде крыльев с элеронами, входящих с крыльевой балкой в состав крыльевого комплекса, а через вакуумные камеры также скрепляет с грузовым и машинным отсеками при возможности их ручной или автоматической отстыковки от аппарата. Также есть управляемая по положению мачта-шнорхель с перископом; аккумуляторная батарея, система воздуха высокого давления. Есть балластные цистерны изменяющейся геометрии, образованные оболочками из эластичного материала, преимущественно резины, снабженными предохранительными клапанами и соединенными с системой воздуха высокого давления, а также с управляемой пневмосистемой, включающей компрессор и мачту-шнорхель, установленными над прочным корпусом и силовым набором и закрытыми створками, связанными с силовым набором упругими элементами, преимущественной пружинами. Отличительно то, что топливный отсек выполнен полностью или частично в виде секционированных топливных цистерн изменяющейся геометрии, образованных оболочками из эластичного материала, химически инертного по отношению к топливу и его компонентам, преимущественно из резины, и установленных в разных местах аппарата поверх его прочного корпуса. В случае равенства или превышения плотности воды величин плотностей топлива или его компонента, заполняющих топливные цистерны изменяющейся геометрии, указанные цистерны размещены над прочным корпусом аппарата между балластными цистернами,
прочным корпусом и силовым набором ПА. Также для этого случая и в случае химической инертности топлива или его компонента к воздуху оболочки топливных цистерн снабжены предохранительными клапанами и объединены с системой воздуха высокого давления и управляемой пневмосистемой. В случае превышения плотностей компонент топлива плотности воды оболочки соответствующих топливных цистерн расположены под прочным корпусом ПА с возможностью их ручной или автоматической отстыковки от аппарата и закрыты боковыми и центральными створками, первые из которых шарнирно укреплены на силовом наборе, подпружинены к нему и управляемы по положению, а вторые прикреплены к оболочкам топливных цистерн. При этом в случае наличия в конструкции аппарата грузового отсека он также закрыт снизу боковыми створками аналогичной конструкции, опирающимися своими концами на оболочки топливных цистерн и синхронно перемещающимися с боковыми створками пилотского и машинного отсеков, и центральной створкой, шарнирно укрепленной на одной из боковых створок и подпружиненной к ней.
Перечень фигур.
На фиг.1 изображен продольный осевой разрез предлагаемого ПА при полностью заправленных топливных цистернах изменяющейся геометрии в подводном положении, где пунктиром показан контур ПА при нахождении его на поверхности с продутыми (накаченными) балластными цистернами и с поднятой мачтой-шнорхелем;
на фиг.2 - продольный осевой разрез предлагаемого ПА в надводном положении при полностью израсходованном топливе, где пунктиром показан контур ПА, находящегося на поверхности с продутыми балластными цистернами и с поднятой мачтой-шнорхелем;
на фиг.3 - совмещенный вид спереди предлагаемого ПА в подводном положении с полностью заправленными топливными цистернами изменяющейся геометрии (половина вида слева от плоскости симметрии) и израсходованным топливом и его компонентами (половина вида справа от плоскости симметрии), а также пунктиром отмечен контур ПА, находящегося в надводном положении с продутыми балластными цистернами;
на фиг.4 - предлагаемый ПА в аксонометрической проекции при полностью заправленных топливных цистернах.
Вариант осуществления.
Позициями на фигурах отмечены: 1 - пилотский отсек; 2 - грузовой отсек (опциональный, может отсутствовать); 3 - машинный отсек; 4 - кормовой отсек; 5 -
стабилизаторы (вертикальный и горизонтальный); 6 - крылья с элеронами; 7 - крыльевая балка; 8 - силовой набор; 9 - вакуумные камеры; 10 - балластные цистерны изменяющейся геометрии; 11 - верхние и 12 - нижние топливные цистерны изменяющейся геометрии; 13 - мачта-шнорхель; 14 - выдвижная рубка пилотского отсека; 15 - аккумуляторная батарея; 16 - система воздуха высокого давления; 17 - компрессор системы высокого давления (клапанная система не показана); 18 - дейдвудная труба, 19 -двигатель; 20 - движитель (гребной винт); 21 - редуктор и 22 - гребной вал системы передачи мощности; 23 - пружины; 24 - боковые створки нижние; 25 - центральные створки нижние; 26 - центральная створка опциональная под опциональным грузовым отсеком; 27 - центральные створки верхние; 28 - боковые створки верхние.
ПА содержит пилотский отсек 1; опциональный (по выбору) грузовой отсек 2; машинный отсек 3 и кормовой отсек 4, образующие прочный корпус, крыльевой комплекс, включающий крылья 6 с элеронами и крыльевую балку 7, силовой набор 8, включающий стрингеры и шпангоуты. Силовой набор 8 жестко скрепляет пилотский 1 и кормовой 2 отсеки с крыльевым комплексом, а через вакуумные камеры 9 - с грузовым 2 и машинным 3 отсеками для возможности их автоматической или ручной отстыковки в качестве аварийного балласта.
В пилотском отсеке 1 расположены приборы и органы управления аппаратом, включая компрессор 17, а также места одного или нескольких пилотов.
В машинном отсеке 3 помимо дейдвудной трубы 18, двигателя 19 и системы передачи мощности, также при необходимости в части его может располагаться традиционная часть топливного отсека с традиционными топливными цистернами (на чертежах не показаны, также на чертежах не показаны трубопроводы к двигателю от топливных цистерн).
Верхние топливные цистерны 11 изменяющейся геометрии расположены над отсеками прочного корпуса и силовым набором 8, нижние топливные цистерны 12 расположены под пилотским отсеком 1 и машинным отсеком 3.
Топливные цистерны закрыты подпружиненными к силовому набору 8 и шарнирно укрепленными на нем боковыми створками 24 с возможностью управления ими по положению, а также центральными створками 25, прикрепленными на оболочках балластных цистерн 10. При этом в случае наличия в конструкции ПА грузового отсека 2 он также закрыт опирающимися своими концами на нижние топливные цистерны 12
створками, аналогичными боковым створкам 24, а также центральной створкой 26, шарнирно укрепленной на одной из них и подпружиненной к ней.
Балластные цистерны 10 установлены поверх верхних топливных цистерн 11 и закрыты центральными 27 и боковыми 28 створками, которые также скреплены с силовым набором 8 пружинами 23, проходящими через поперечные каналы в боковых створках 28. Пружины равномерно стягивают боковые створки, прижимая их к прочному корпусу и ускоряя процесс выхода воздуха из балластных цистерн при погружении ПА.
Секционирование цистерн изменяющейся геометрии необходимо в целях безопасности и для удержания общей, преимущественно сигарообразной, формы ПА на больших скоростях его движения на глубине.
Работа предлагаемого подводного аппарата предусматривает штатный и два нештатных режима.
1) штатный режим: вентиляция балластных цистерн путем выпуска воздуха из них через мачту-шнорхель, уборка рубки в пилотский отсек и погружение аппарата под действием гидродинамических сил крыльев, силы веса ПА и толкающей силы винта движителя на глубину, движение в подводном положении на скорости с использованием гидродинамической подъемной силы крыльев и сил управления ориентацией ПА с помощью рулей глубины и направления, подвсплытие к поверхности, выдвижение рубки из пилотского отсека, установка мачты-шнорхеля в вертикальное положение, продувка (накачка) балластных цистерн изменяющейся геометрии атмосферным воздухом через мачту-шнорхель с использованием компрессора и окончательное всплытие ПА.
2) нештатные режимы:
- при невозможности подвсплытия ПА к поверхности воды с помощью гидродинамической подъемной силы крыла (например, из-за выхода из строя двигателя, утрата топлива и т.п.) производится продувка балластных цистерн из системы воздуха высокого давления с дальнейшим заполнением их атмосферным воздухом через мачту-шнорхель с помощью компрессора;
- при повреждении балластных цистерн всплытие ПА на поверхность может быть произведено путем частичного или полного сброса нижних топливных цистерн, продувки воздухом системы высокого давления, а также атмосферным воздухом через мачту-шнорхель компрессором секций верхних топливных цистерн и оставшихся исправными секций балластных цистерн, а в крайнем случае путем сброса грузового и машинного отсеков в качестве аварийного балласта.