САМОХОДНЫЙ НАДВОДНО-ПОДВОДНЫЙ ОСТРОВ-ГИДРОАЭРОДРОМ
SELF-PROPELLED SURFACE-SUBMERGED ISLAND-WATER AERODROME

Изобретение относится к строительству гидросооружений и аэродромного оборудования.
Новые подводные технологии, современные строительные материалы, например пенобетон и пеностекло (пеноситал),составляют строительную инновацию для постройки прибрежных морских островов. Автором данного технического описания разработаны два самоходных надводно-подводных острова: патенты RU №2399549, С1, 20.09.2010, В63В 35/00, B63G 8/00 и RU №2410283, C1, 27.01.2011, B63G 8/22, B63B 35/44, причем второй плавучий остров с взлетно-посадочной полосой (ВПП) и взят за прототип дальнейшего совершенствования строительства острова и внедрения дополнительных устройств для эксплуатации островного и аэродромного оборудования.
Для однородных строительных материалов или из их известных пропорций по их использованным массам и объемам, а также в совокупности из их отдельных отсеков, секций, этажей и всего корпуса строения плавучесть подсчитывается по формуле исходя из закона Архимеда (Свидетельство ФГУП "ВНТИЦ" №73200700004 от 22 января 2007 г. на интеллектуальный продукт: "Универсальная формула расчета плавучести тела по закону Архимеда"), заявлена Монаховым В.П.:
т
т
ж
т
т
М:р×р-М=П,
т
где М - масса тела, г или т;
т
3
3
р - относительная плотность тела, г/см или т/м;
ж
3
3
р - относительная плотность жидкости, г/см или т/м;'
т
П - плавучесть тела, г или т.
Цель изобретения: добавить к многофункциональным устройствам самоходного надводно-подводного острова-гидроаэродрома (патент RU №2410283) постройки ангаров внутри зданий острова, оборудованного причала для судов, проема для батискафа и двух колодцев для водолазной и подводной техники, оснащение системой отдельных грузов в виде железобетонных плашек на тросах, например, до 60 м для обеспечения экономного, безопасного и экологичного стационарного зависания острова над дном, разработки более монолитным размером балластного отсека, в том числе для показа возможностей изменять параметры отдельных частей острова при конкретном заказе его строительства.
Гидротехническое сооружение (патент RU №2410283) - самоходный многофункциональный круглый надводно-подводный остров-гидроаэродром монолитно построен с двумя герметичными зданиями: кольцевым зданием с внешней круглой стеной вровень с боковой подводной частью плавучего острова - балластным отсеком и диаметральным зданием, на крыше которого размещена взлетно-посадочная полоса (ВПП). Здания и балластный отсек построены из пеностекла - пеноситала (другим строительным материалом может быть пенобетон) относительной плотностью меньше плотности морской или пресной воды таким образом, что здания целиком оказываются над ватерлинией острова - на поверхности балластного отсека.
В ходе строительства по массам, объемам и относительной плотности стройматериалов принимаются во внимание все стены, перегородки, люковые отверстия, проходные двери и проемы между стенами с внесением расчетных поправок. Например, в кольцевом здании и в корпусе здания под ВПП в месте завершения посадки и начала взлета летательных аппаратов выделяется пространство для постройки ангаров. Размерность ангаров зависит от типов летательных аппаратов и конструкций их спуска на пол зданий, например производится замена части пласта ВПП на стальную конструкцию с необходимым покрытием для ВПП, поднимающуюся вверх, например на шарнирах под углом или надвигающуюся на соседнюю часть ВПП, что позволяет скатывать летательный аппарат вниз по настилу, выполнять такелажные работы и затем закрывать проем с плоскостью заподлицо с ВПП. На крыше кольцевого здания над ангаром такая же стальная конструкция выполнена вместе с солнечными батареями. При этом обеспечивается герметичность от протечек воды, учет изменений масс, размера плавучестей при том же водоизмещении зданий.
2
2
2
М батискафа, дополнительного водолазного и подводного оборудования составляет 5,5 т. В полу здания с ВПП - в балластном отсеке - сделаны с возможностью герметически перекрываться сквозные проем для батискафа, например, 3×2 м, S=6 м, и два колодца с R=0,6 м, S=1,130976 м, с общей S=8,261952 м. Работа с батискафом, подводной техникой, водолазные погружения выполняются в надводном положении острова. Имеются три варианта доставки подводной техники. По первому: батискаф и техника размещаются на ВПП. Остров погружается, батискаф с техникой отходят в сторону от острова, а затем остров всплывает, батискаф с техникой проходят под остров и всплывают в проеме здания ВПП. По второму: на краю крыши выполнен проем с заменой выделенной площадки ВПП на стальную с требуемым для ВПП покрытием и обеспечением герметичности замены. По третьему: батискаф, техника и оборудование размещаются внутри здания ВПП в ходе его строительства.
Вход на остров вместо площадки в виде ростры (ее М=5,5 т передается учету веса батискафа и подводной техники) выполняется на причал на крыше кольцевого здания в стороне от штурманской рубки и ВПП между двумя реверсивными электродвигателями, который подготовлен шинами на стене и кнехтами на крыше здания для швартовки и фиксации судов, принятия и отправления разнообразного груза с использованием складских помещений зданий с поднимаемой наклонно частью их крыши, обслуживания потоков островитян, пассажиров, гостей, которые далее используют два аэропортовских люка для схода и подъема на причал в и из помещений кольцевого здания. В причальной стене выполнен прямоугольный с закругленными углами или круглый люк, ступени и поручни для входа и выхода при швартовке маломерных судов. По выполнению причальных работ контролируется герметичное, в том числе поджатием вентилями, закрытие крыши и стенного люка.
ж
т
3
3
3
3
3
2
2
Продолжительные экономные безопасные экологичные стационарные зависания острова под водой (р=1,024 г/см) с выключением электродвигателей выполняются системой отдельного груза - 10 железобетонных (р=4,5 г/см) круглых плашек, каждая R=42,806553 см, h=15 см, V=86306,082 см=0,086306 м, суммарно 0,86306 м, М=388,37736 кг, суммарно 3,8837736 т, отрицательной плавучестью -300 кг, суммарно -3 т, М водоизмещения плашек=0,8837736 т, М лебедки=210 кг, суммарно 2,1 т. В кольцевом здании в полу - балластном отсеке - выполнены 10 сквозных для втулок и тросов отверстий R=0,02 м, S=0,001256 м, суммарно S=0,01256 м. Отверстия находятся по двум сторонам от взлетно-посадочной полосы на равноудаленных расстояниях друг от друга по кругу кольцевого здания. В отверстия вмонтированы, например, из нержавеющей стали втулки с двумя муфтами герметичности, через которые тросами плашки подтягиваются внутрь балластного отсека на 15 см и поджимаются заподлицо с дном балластного отсека. Каждый трос, например, длиной 60 м проходит от втулки вверх и намотан на барабан лебедки с коробкой зубчатых передач с подстраховкой работы вручную и с электроприводом. Длительная стоянка под водой обеспечивается при нулевой плавучести острова или при медленном погружении острова путем автоматической размотки тросов с опусканием отдельных грузов таким образом, чтобы от каждой лебедки в зависимости от глубины дна груз опустился бы на дно одновременно, что осуществляется с помощью элетронно-акустического прибора для измерения глубины дна, на лебедке учитывается длина размотки троса (если прибор показывает глубину больше 60 м с учетом от запланированной глубины погружения, остров передвигается в поисках подходящего места). При плашках на дне отрицательная плавучесть острова снижается на -3 т. Если залитой воды в отсек регуляции на погружение по массе было меньше -3 т отрицательной плавучести, погружение останавливается, иначе надо продолжить откачку воды вплоть до легкой тяги острова вверх в пределах +3 т. Преодоление предела - выход на нулевую плавучесть и далее, откачивая воду, - подъем с наматыванием тросов на барабаны лебедок. В чрезвычайных обстоятельствах груз может «сбрасываться» (груз отцепляется от барабана лебедки). Остров с небольшой положительной плавучестью под водой может зависать в необходимых местах на тросах заранее определенной длины от заранее размещенных достаточно тяжелых приготовленных армированных донных плит, блоков или от имеющегося скального грунта, причем верхняя часть тросов с поплавками и замками крепления к балластному отсеку острова. Если на поверхности воды с острова опустить на дно армированные плашки, то остров получает дополнительную плавучесть в +3 т при посадке и взлете летательных аппаратов.
1
2
2
2
2
3
3
2
2
3
3
2
3
Например, исходные данные самоходного монолитного острова по основному патенту с двумя зданиями: внешний R=100 м, S острова = 31400 м, высота h надводной части острова над ватерлинией = высоте зданий = 2,75 м, включая солнечные батареи, в основном вмонтированные в крышу кольцевого здания. Площади двух зданий занимают половину острова - 15700 м. Длина кольцевого здания по внешней окружности = 628м, по внутренней = 529,91594 м при R=84,38152 м, ширина здания по части радиуса = 15,61848м, h помещений = 2,5 м, S здания = 9042,444 м, V кольцевого здания = 24866,721 м, М водоизмещения здания = 25463,522 т при относительной плотности морской воды р=1,024 т/м. Длина диаметрального здания ВПП=168,76304 м, что со стенами кольцевого здания составляет диаметр острова = 200 м. S ВПП=6657,5578 м, S двух зданий = 15700 м, V здания ВПП=18308,283 м, М водоизмещения здания ВПП = 18747,681 т, V двух зданий = 43175,004 м, М корпуса кольцевого здания = 2568,2513 т, М здания ВПП = 5500,7078 т (вместе с батискафом и подводной техникой), М корпусов двух зданий = 8068,9591 т. 192,4 т = массам присутствия на острове 150 человек, содержимого помещений, включая танки и наружное оборудование, в том числе фонтаны, задвижки и электродвигатели, систему отдельных грузов 2,1 т - вес лебедок (по плашкам - 3 т отрицательной плавучести учитываются в массе балластного отсека). 141,0176 т = массам воды отсека регуляции, дополнительных емкостей шлюзовых камер, питьевой и хозяйственной воды. М зданий = 8402,3767 т. М водоизмещения двух зданий = 44211,203 т и эта масса равна М воды при наполнении оставшегося свободного пространства внутри острова вне зданий: 15700 м × 2,75 м × 1,024 т/м = 44211,2 т.
2
3
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Балластный отсек площадью 31400 м выполнен из армированного пеностекла относительной плотности р=0,85 т/м (вместо 0,65 т/м в основном патенте острова). Через него насквозь проходят четыре смотровых колодца с S=0,63585 м каждого, S колодцев = 2,5434 м, восемь труб из танков отсека регуляции с внешним R=0,07 м, S=0,015386 м, таких же четырех труб для подачи питьевой и хозяйственной воды в здания, восьми труб для подачи и слива воды высокопроизводительными дренажными насосами (диаметр которых соотносится с диаметром труб, имеются стабилизаторы напряжения соответствующей мощности) в и из внутренних пространств острова, в том числе для фонтанов, четырех труб для сброса сточных вод. 8 высокопроизводительных дренажных насосов бассейнов в каждом по два на залив и слив прикреплены внизу стен двух бассейнов снаружи под балластным отсеком, они же дополнительно работают на залив и слив воды в и из внутренних пространств острова. S 24 труб = 0,369264 м и два равных бассейна с R=17,677669 м, S бассейна = 981,24993м, S проема и двух колодцев в здании с ВПП=8,261952 м, S колодцев, труб, 10 отверстий, двух бассейнов и проема для батискафа = 1973,6869 м, S балластного отсека = 29426,314 м. Если данные по трубам и насосам, колодцам, батискафу и его проему, подводной технике учтены в хозяйстве зданий, то бассейны выполнены в балластном отсеке из стали толщиной 1,5 см с антикоррозийным покрытием, высота стен бассейнов = 2,5 м, при открытых четырех задвижках вода в бассейнах поднимается до ватерлинии на высоту 2,1 м. Четырьмя насосами вода может откачиваться при закрытых задвижках до требуемой детской глубины, в том числе из внутренних пространств острова и при закрытых задвижках четырьмя другими насосами вода может закачиваться в бассейны и во внутренние пространства зданий. Задвижки ограждены сетью с красными бонами. Экстренная посадка острова на дно водоема производится на дно бассейнов. S сечения стенки бассейна = 1,66454 м, V стали бассейнов = 37,710259 м, М стали = 296,77973 т, М водоизмещения стали бассейнов = 38,615305 т при отрицательной плавучести - 258,16443 т, что определено по формуле: П стали = V стали × (р морской воды - р стали), полученной по универсальной формуле, представленной в начале описания. 8 герметичных дренажных насосов для фонтанов, залива и слива воды в и из внутренних пространств острова находятся в трубах подачи и слива воды. 8 дренажных насосов бассейнов находятся под балластным отсеком. М всех насосов = 0,64 т (0,04 т × 16) отрицательной плавучестью -0,5034646 т, а V 16 насосов = 0,1333328 м, М водоизмещения 16 насосов = 0,1365327 т (последние цифры приблизительные, т.к. неизвестна средняя величина относительной плотности насосов, автором разработано 7 приборов измерения плавучести физических тел (патенты RU №№2312323, 2314228, 66298, 2311629, 2281221, 2311628, 2328406), которые позволяют определить конкретную плавучесть используемого оборудования при строительстве острова). Стены и крыши зданий выполнены из пеностекла с армированными вставками до относительной плотности материала р=0,65 т/м. Балластный отсек имеет расчетную относительную плотность армированного пеностекла 0,85 т/м и компенсирует равной положительной плавучестью +8664,0445 т отрицательную плавучесть зданий и их содержимого, стали бассейнов, 16 дренажных насосов и отдельных 10 армированных плашек объемом 0,86306 м и отрицательной плавучестью -3 т, которые заподлицо находятся в круглых выемках дна балласта. М пеностекла балластного отсека = П (требуемая положительная плавучесть) × р пеностекла: (р морской воды - р пеностекла) = (8402.3767 т + 258,16443 т + 0,5034646 т + 3 т) × 0,85 т/м: (1,024 т/м - 0,85 т/м) = 42324,355 т. V пеностекла балластного отсека = 49793,358 м, V пеностекла вместе с дренажными насосами и плашками = 49794,354 м, h балластного отсека = 1,6921709 м. М водоизмещения пеностекла балластного отсека = 50988,398 т. Проверка: М водоизмещения пеностекла балластного отсека - М его пеностекла = П требуемой положительной плавучести: 50988,398 т - 42324,355 т = 8664,043 т. V острова = 43175,004 м + 37,710259 м + 49794,354 м = 93007,068 м, М водоизмещения балластного отсека = 50988,398 т + 38,615305 т + 0,1365327 т + 0,8837736 т = 51028,032 т. М водоизмещения острова = 95239,235 т. М острова = 8402,3767 т + 296,77973 т + 42324,355 т + 0,64 т + 3,8837736 т + 44211,2 т (масса морской воды, заполняющей внутренние пространства острова, при его выходе на нулевую плавучесть) = 95239,234 т. М острова (вместе с М воды, заполняющей два внутренних пространства острова) = М его водоизмещения, что позволяет выполнять регулируемые погружения, подъемы, подводные передвижения, а без массы воды внутренних пространств иметь ватерлинию на уровне оснований зданий - поверхности балластного отсека и при открытых или закрытых задвижках бассейнов выполнять надводные передвижения. Подбором относительной плотности армированного пеностекла можно находить размер и высоту балластного отсека острова. На его дне выполнены проушины для крепления подвески дырчатых, с малыми и большими отверстиями, пустотелых с тонкими стенками емкостей из пеностекла в виде шаров и куриных яиц диаметром от 0,2 до 1 м, которые при соблюдении неподвижности и спокойствия будут рифовыми образованиями.
Технический результат усовершенствований на острове заключается в постройке ангаров, оборудованного причала, проема для батискафа, двух колодцев для водолазной и подводной техники, оснащении системой отдельных грузов для обеспечения экономного безопасного и экологичного стационарного зависания острова над дном, разработке монолитного балластного отсека с показом изменений его расчетных параметров как примеров поиска оптимальных размеров отдельных частей острова при конкретном заказе его строительства.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен остров с кольцевым зданием 1, с внешней стеной, монолитно выполненной и совпадающей с краем острова, и диаметральное здание 2 с взлетно-посадочной полосой - ВПП на крыше. Вход на остров осуществляется на площадку причала 3 и через люки 4 «носовой» части острова проход к дежурному в штурманской рубке 5. В центрах двух внутренних пространств острова имеются бассейны 6 с днищами 7, в которых выполнены отверстия с задвижками 8 и их электроприводами. Кольцевое здание разделено секторными стенами 9 на восемь секторов. Крыши зданий содержат солнечные панели 10. Для обеспечения воздухом с поверхности воды от кондиционера 11 и лебедки 12 с барабаном и электроприводом вверх через втулку в потолке, через трубу с раструбом 13 проходит воздуховод 14 и затем соединяется с цилиндром 15 полусферического поплавка 16, над которым в цилиндр вкручена насадка незаливаемости 17 от дождя, боковой волны с эффектом миниколокола. На верх насадки установлены маячок, антенны 18 SOS, телевизионной, мобильной связи, систем GPS и ГЛОНАСС. Для консервирования во время шторма поплавок заливается водой через нижние два и два верхние отверстия 19, края которых утолщены и в них обычно герметично с прокладкой вкручены крышки. На время шторма крышки снимаются. При этом насадка вкручивается по цилиндру до герметичного перекрытия ее дном воздуховода или выкручивается и вместе с антеннами убирается внутрь здания, а на цилиндр вкручивается крышка. В соответствии с потребностями и балластировкой выделены на равном расстоянии друг от друга два места для танков 20 с пресной водой и четыре для танков 21 отсека регуляции плавучести острова с насосами и трубами подачи и слива воды. Во внутренних частях острова наряду со спортивными площадками, беговыми и пешеходными дорожками, пляжами и бассейнами выполнены 4 фонтана 22, насосы которых используются также для заполнения водой или ее слива в и из внутренних пространств зданий при погружении или подъеме острова. По обеим сторонам ВПП по бокам балластного отсека острова установлены 18 реверсивных электродвигателей 23, слаженно работающих на подъем и погружение острова, повороты и движения в любом направлении, увеличивая скорость тремя основными силовыми кормовыми электродвигателями 24. В подводной части острова в полу кольцевого здания через балластный отсек 25 выполнены 10 сквозных отверстий с втулками и муфтами герметичности для прохода тросов 26 от лебедок 27 с барабаном, коробкой зубчатых передач и электроприводом до отдельного груза в виде железобетонной плашки 28 по 388,37736 кг каждая.
Предложенные усовершенствования способствуют более успешной работе всех функциональных устройств острова.