ПОДВОДНАЯ ЛОДКА С ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПУСКОВОЙ УСТАНОВКОЙ
SUBMARINE WITH ELECTROHYDRAULIC LAUNCHER

Изобретение относится к области подводного кораблестроения, а именно к устройству подводных лодок.
Известна подводная лодка с гидравлическими торпедными аппаратами (патент РФ №2324620, д.публ. 20.05.2008 г.), содержащая прочный корпус, легкий корпус, систему воздуха высокого давления, систему заполнения-осушения торпедного аппарата с передними и задними клапанами осушения, клапанами вентиляции и трубопроводами. Гидравлические торпедные аппараты установлены своей казенной частью внутри прочного корпуса, а передней частью, имеющей кингстон, - в импульсной цистерне, расположенной между прочным и легким корпусами. По меньшей мере, два гидравлических торпедных аппарата объединены в модуль на переборочной плите, вваренной в прочный корпус подводной лодки и имеющей отверстия для присоединения вне прочного корпуса трубопроводов системы заполнения-осушения торпедного аппарата с установленными на внутренней стороне плиты передними и задними клапанами осушения торпедного аппарата, связанными трубопроводом с системой заполнения-осушения торпедного аппарата. Кроме этого с внешней стороны плиты горловиной большого сечения подсоединен боевой баллон, соединенный с боевым клапаном, установленным с внутренней стороны плиты и связанным трубопроводом с турбонасосом. Противоположная сторона боевого баллона имеет трубопроводы его наполнения и продувания, связанные установленными на внутренней стороне плиты клапаном продувания и клапаном наполнения боевого баллона, связанным трубопроводом с корабельной системой воздуха высокого давления.
Основным недостатком является использование в качестве источника энергии воздуха высокого давления, по следующим причинам:
- процессы истечения воздуха из боевого баллона при выстреле и наполнения боевого баллона при перезарядке характеризуются высокой шумностью, что является фактором, демаскирующим стреляющую подводную лодку;
- при стрельбе большое количество воздуха сбрасывается в отсек подводной лодки, что приводит к росту давления и падению температуры в отсеке и представляет опасность для личного состава и оборудования. При этом использование эффективных глушителей или ресиверов невозможно, поскольку это вызовет рост давления на выходе из турбины и приведет к падению мощности. По этой же причине невозможно обеспечить выпуск технических средств из пусковой трубы на малой скорости, т.к. потребуется длительная работа турбины, что приведет к еще большему количеству воздуха, сбрасываемого в отсек;
- высокая сложность регулирования скорости выстрела изделий -требуется разработка специализированной быстродействующей пневмоаппаратуры большого проходного сечения и ее настройка.
Известно морское судно, например, подводная лодка, (заявка US №2005/0051076, д.опубл. 03.10.2005 г.), принятое за прототип и содержащее наружный легкий корпус, внутренний прочный корпус и пусковую установку, имеющую как минимум одну пусковую трубу, импульсную цистерну для жидкости, установленную в в забортном пространстве между легким и прочным корпусами. Импульсная цистерна для жидкости имеет входное отверстие для поступления воды в импульсную цистерну и выход, соединяемый с пусковой трубой, и лопастной насос с электродвигателем внутри импульсной цистерны для сжатия жидкости в импульсной цистерне, чтобы направить жидкость под давлением в пусковую трубу через выход импульсной цистерны для запуска полезной нагрузки из пусковой трубы.
Основным недостатком является размещение электродвигателя насоса в забортном пространстве между легким и прочным корпусами, приводящее с следующим негативным последствиям:
- наличие двигателя и коммуникаций, проводящих высокий ток вые прочного корпуса подводной лодки, влечет за собой необходимость специальных мероприятий по исключению образования магнитного поля, демаскирующего подводную лодку;
- вибрация от работы электродвигателя в данном варианте воспринимается конструкциями наружного корпуса и импульсной цистерной, имеющими значительно меньшую жесткость, чем конструкции основного корпуса, что приводит к передаче колебаний на эти конструкции и, как следствие, повышению шумности подводной лодки;
- осмотр, обслуживание и ремонт двигателя или его элементов при нахождении подводной лодки в подводном положении и расположении двигателя ниже крейсерской ватерлинии невозможен без постановки подводной лодки в док. При расположении двигателя над импульсной цистерной, выше крейсерской ватерлинии возможны осмотр и обслуживание двигателя в надводном положении и на базе без постановки в док, однако высокое расположение насосного агрегата уменьшает кавитационный запас и ограничивает применение пусковой установки на малых глубинах погружения подводной лодки из-за возможности образования кавитации;
- выполнение двигателя в забортном исполнении связано с необходимостью заполнения его специальной жидкостью или обеспечения протока забортной воды. В обоих случаях наличие жидкости в зазоре между ротором и статором создаст дополнительный момент сопротивления вращению, а при наличии забортной воды внутри двигателя также возможно солеотложение и биологическое обрастание конструкций, что снижает надежность пусковой установки.
Задачей изобретения является разработка подводной лодки с электрогидравлической пусковой установкой с компоновочной схемой, которая позволяет устранить указанные недостатки.
Техническим результатом является снижение шумности подводной лодки и улучшение эксплуатационных характеристик подводной лодки, а именно, повышение ее надежности и ремонтопригодности.
Технический результат достигается тем, что в подводной лодке с электрогидравлической пусковой установкой, включающей наружный корпус, основной корпус и электрогидравлическую пусковую установку, включающую, как минимум, одну пусковую трубу, импульсную цистерну, установленную в забортном пространстве между корпусами, с лопастным насосом, входом для поступления воды из забортного пространства и выходом, связанным с пусковой трубой, и электродвигатель насоса, электродвигатель насоса установлен внутри основного корпуса подводной лодки и связан с лопастным насосом импульсной цистерны с помощью вала, при этом место прохода вала через основной корпус снабжено уплотнительным устройством с отключаемым статическим уплотнением, выполненным с возможностью полной герметизации основного корпуса, и, как минимум, одним уплотнительным устройством с динамическим уплотнением вала, выполненным с возможностью создания низкого момента сопротивления вращению вала при отключении статического уплотнения.
Электродвигатель, насос, вал и уплотнительные устройства могут быть выполнены в виде единого блока, расположенного в едином корпусе, установленном в вварной стакан основного корпуса подводной лодки.
Как минимум, одна пусковая труба выведена своим задним срезом внутрь основного корпуса подводной лодки с возможностью ее перезарядки из основного корпуса.
Как минимум, одна пусковая труба может быть установлена в забортном пространстве между наружным и основным корпусами подводной лодки.
Импульсная цистерна может быть выполнена в виде трубопровода, соединяющего, как минимум, одну пусковую трубу с насосом.
Пусковая установка может быть снабжена устройством управления электродвигателем, выполненным с возможностью выбора параметров работы электродвигателя в зависимости от типа выбрасываемого изделия и внешних условий, и управляемым преобразователем, объединенными с электродвигателем в регулируемый электропривод.
Установка электродвигателя насоса внутри основного корпуса подводной лодки снижает шумность подводной лодки за счет отсутствия таких демаскирующих признаков как магнитное и акустическое поле работающего электродвигателя в забортном пространстве, а также за счет отсутствия вибраций от работы электродвигателя, передающихся непосредственно в водную среду и на легкие конструкции подводной лодки.
Установка электродвигателя насоса внутри основного корпуса подводной лодки повышает надежность подводной лодки. За счет отсутствия забортной воды внутри электродвигателя в зазоре между ротором и статором, исключена возможность солеотложения и биологического обрастания конструкции, что повышает надежность работы электродвигателя насоса и пусковой установки.
Кроме этого, электродвигатель, предназначенный для размещения в основном корпусе подводной лодки, имеет существенно более простую и технологичную конструкцию. А также не требуется обеспечение вывода электрических кабелей большого сечения через основной корпус ПЛ, а именно вварка стаканов в основном корпусе, установка токовводов, использование кабелей с продольной герметизацией изоляции.
Установка электродвигателя насоса внутри основного корпуса подводной лодки повышает ремонтопригодность пусковой установки и подводной лодки. Так как расположение электродвигателя в отсеке основного корпуса подводной лодки обеспечивает возможность быстрого доступа для осмотра, обслуживания и ремонта электродвигателя без постановки подводной лодки в док.
Наличие соединительного вала и уплотнительных устройств позволяет установить электродвигатель пусковой установки в основном корпусе подводной лодки.
Наличие уплотнительного устройства с отключаемым статическим уплотнением обеспечивает герметичность места прохода соединительного вала через основной корпус в режиме ожидания и при подготовке пусковой установки к стрельбе.
Наличие уплотнительного устройства с динамическим уплотнением вала обеспечивает низкий момент сопротивления вращению вала во время работы электродвигателя насоса при краткосрочной неполной герметизации основного корпуса. Во время работы электродвигателя статическое уплотнение отключено и не создает торможения вращающегося вала.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема расположения в подводной лодке электрогидравлической пусковой установки, импульсной цистерны, насоса и электромотора по примеру исполнения. На фиг. 2 представлены схемы уплотнительных устройств со статическим и динамическим уплотнениями по примеру исполнения.
Пример исполнения. Подводная лодка с электрогидравлической пусковой установкой включает наружный корпус 1, основной корпус 2, пусковую установку, включающую, как минимум, одну пусковую трубу 3, импульсную цистерну 4 с насосом 8 и электродвигатель 9 насоса, связанный с насосом 8 с помощью вала 10. Место прохода вала 10 через основной корпус 2 снабжено одним уплотнительным устройством 11 с отключаемым статическим уплотнением, и, как минимум, одним уплотнительным устройством 12 с динамическим уплотнением вала 10.
Пусковая труба 3 проходит через основной корпус 2 и импульсную цистерну 4, передний срез пусковой трубы 3 расположен напротив щита 15 в наружном корпусе 1. Задний срез пусковой трубы 3 с задней крышкой 14 установлен внутри основного корпуса 2 для обеспечения возможности перезарядки пусковой трубы 3 из отсека подводной лодки. Часть пусковой трубы 3, проходящая через импульсную цистерну 4 снабжена кингстоном 7 с приводом, который является выходом импульсной цистерны 4 и предназначен для сообщения предварительно заполненной забортной водой пусковой трубы 3 с импульсной цистерной 4 при подготовке пусковой трубы 3 к выстрелу и разобщения пусковой трубы 3 с импульсной цистерной 4 при проведении осушения пусковой трубы 3. Для заполнения или осушения пусковая труба 3 связана трубопроводом 21 через запорную арматуру с цистерной забортной воды 20.
Импульсная цистерна 4 является коллектором вокруг одной или нескольких пусковых труб 3 и предназначена для подачи воды под избыточным, по отношению к забортному, давлением от насоса 8 в одну из пусковых труб 3 и создания выбрасывающего давления на кормовую часть изделия 16 в пусковой трубе 3. Импульсная цистерна 4 установлена в забортном пространстве между наружным и основным корпусами 1 и 2. Импульсная цистерна 4 выполнена с входом 5 для поступления воды, соединенным с забортным пространством водоводом 6, и с выходом, связанным с пусковой трубой 3 и расположенным на стенке пусковой трубы 3. Выход импульсной цистерны 4 выполнен в виде кингстона 7 и предназначен для выхода воды, нагнетаемой в импульсную цистерну 4, в пусковую трубу 3.
Избыточное давление воды в импульсной цистерне 4 для запуска изделия 16 создают лопастным насосом 8, который установлен на входе в импульсную цистерну 4 и приводится в действие электродвигателем 9. Электродвигатель 9 установлен внутри основного корпуса 2 и соединен с насосом 8 с помощью вала 10, проходящим через основной корпус 2.
Электродвигатель 9, управляемый преобразователь 18 и устройство управления 19 представляют собой регулируемый электропривод.
Электродвигатель 9 предназначен для преобразования электрической энергии, поступающей от управляемого преобразователя 18 в механический момент на выходном валу. Управляемый преобразователь 18 преобразует электрическую энергию от накопителя 17 или бортовой электросети подводной лодки в электропитание с требуемыми параметрами тока и напряжения. Устройство управления 19 предназначено для управления моментом на выходном валу электродвигателя 9 путем изменения выходных параметров управляемого преобразователя 18 в зависимости от типа выбрасываемого изделия 16 и внешних условий.
Уплотнительное устройство 11 с отключаемым статическим уплотнением основного корпуса 2 выполнено с возможностью полной герметизации основного корпуса. Уплотнительное устройство 11 выполнено в виде прижимного кольца 22 с радиальным резиновым уплотнением 24 и с торцевым резиновым уплотнением 23, которое прижимают к упорному элементу на валу 10 под действием гидропривода 25.
Как минимум, одно уплотнительное устройство 12 с динамическим уплотнением вала 10 выполнено с возможностью создания низкого момента сопротивления вращению вала 10 при отключении статического уплотнения. Уплотнительное устройство 12 выполнено в виде радиального резинового уплотнения 28 и торцевого уплотнения 27, выполненного из материала с низким коэффициентом трения, например, углепластика, и установленного на металлическом основании, например, кольце 26, которое прижимают к упорному элементу на валу 10 под действием пружин 29 и забортного давления. Полная герметичность места прохода вала 10 электродвигателя 9 через основной корпус 2 не обеспечивается, однако учитывая скоротечность процесса выстрела, общее количество протечек незначительное. Для сбора протечек при неполной герметизации основного корпуса 2 может использоваться любая из цистерн забортной воды, имеющихся на подводной лодке, например цистерна 20, предназначенная для заполнения пусковых труб водой при подготовке пусковой установки к стрельбе. Уплотнительные устройства 11 и 12 могут быть выполнены в едином корпусе.
Электродвигатель 9, уплотнительные устройства 11 и 12, насос 8 могут быть выполнены в виде единого блока, размещенного в едином корпусе, который может быть установлен в вварной стакан основного корпуса 2 подводной лодки (не показано). Сборка такого единого блока, размещенного в едином корпусе, на специализированном машиностроительном предприятии характеризуется более высокой точностью и соосностью по линии вала 10, что дополнительно снижает шумность и другие эксплуатационные характеристики подводной лодки. Наличие единого корпуса позволяет частично компенсировать деформации основного корпуса 2, возникающие при погружении подводной лодки, а уменьшение длины по горизонтальной оси по сравнению с вариантом исполнения с отдельными элементами снижает деформации вала 10 на изгиб, что повышает надежность пусковой установки и подводной лодки. Монтаж единого блока может быть осуществлен из основного корпуса 2, что повышает ремонтопригодность.
Подводная лодка с электрогидравлической пусковой установкой работает следующим образом. В исходном положении импульсная цистерна 4 полностью заполнена забортной водой, поступающей через вход 5 и водовод 6 из забортной среды, при этом кингстон 7 пусковой трубы закрыт.Уплотнительное устройство 11 включено и находится в положении, обеспечивающем полную герметичность места прохода вала 10 через основной корпус 2. Изделие 16 находится в пусковой трубе 3. Передняя 13 и задняя 14 крышки пусковой трубы закрыты. При подготовке к выстрелу пусковую трубу 3 по трубопроводу заполнения/осушения 21 заполняют водой из цистерны забортной воды 20 и уравнивают давление с забортным, затем открывают переднюю крышку пусковой трубы 13, щит 15 и кингстон 7. Непосредственно перед началом выстрела отключают уплотнительное устройство 11, при этом забортная вода под давлением частично проходит через уплотнительное устройство 12 в цистерну 20 забортной воды.
После подачи команды на выстрел, через управляемый преобразователь 18 электропитание от накопителя 17 или от бортовой сети подают на обмотки электродвигателя 9. Электродвигатель 9 преобразует электрическую энергию в крутящий момент на валу 10. Насос 8 преобразует крутящий момент на валу 10 в кинетическую энергию жидкости, нагнетаемой из забортного пространства через водовод 6 в импульсную цистерну 4, что приводит к повышению давления в импульсной цистерне 4. Давление через водную среду передают в пусковую трубу 3 через открытый кингстон 7. Под действием силы, вызванной избыточным давлением на заднюю часть изделия 16, оно начинает двигаться к переднему срезу пусковой трубы 3 и, таким образом, выбрасывается из пусковой трубы 3.
По окончании выстрела питание электродвигателя 9 отключают, уплотнительное устройство со статическим уплотнением 11 включают. Крышки 13 и 14 и кингстон 7 закрывают, пусковую трубу 3 осушают. Импульсная цистерна 4 заполняется водой из водовода 6 через вход 5.
Таким образом, изобретение обеспечивает снижение шумности подводной лодки и повышение ее надежности и ремонтопригодности.