Гидродинамический гаситель вибрации выдвижного устройства подводной лодки
HYDRODYNAMIC VIBRATION DAMPENER FOR SUBMARINE RETRACTABLE DEVICE

Изобретение относится к судостроению, а именно, к выдвижным устройствам подводных лодок (ПЛ).
Для обеспечения работы имеющихся на ПЛ навигационных, астронавигационных, радиолокационных и др. комплексов ПЛ оборудуются выдвижными устройствами. Выдвижное устройство представляет собой стальную вертикально расположенную мачту трубчатого сечения, перемещающуюся вдоль своей оси в специальных опорных сальниках. В рабочем положении выдвижное устройство выдвигается вверх и значительно возвышаясь над корпусом движущейся ПЛ, обтекается набегающим потоком воды. Особенностью эксплуатации выдвижного устройства является интенсивная его вибрация при работе в перископном (рабочем) положении, а также наиболее тяжелом случае при полном его погружении.
Причина возникновения вибрации выдвижного устройства следующая. Как известно, с поверхности цилиндра, обтекаемого поперечным потоком жидкости, периодически срываются вихри, индуцирующие на нем гидродинамические силы. Указанные гидродинамические силы, воздействуя на выдвижное устройство, мачта которого является цилиндрическим телом, вызывают его вибрацию. Между гидродинамическими силами, вызывающими вибрацию, и параметрами вибрации существует связь, вследствие которой в определенном диапазоне скоростей возникает явление резонанса, характеризующееся резким возрастанием амплитуды вибрации. Возрастание амплитуды свыше определенного предела недопустимо, так как повышенная вибрация выдвижного устройства создает угрозу его прочности, вызывает большие перегрузки и приводит к значительным погрешностям в работе соответствующих комплексов. Поэтому борьбе с вибрацией выдвижных устройств придается очень большое значение. Уменьшение или частичное гашение вибрации выдвижных устройств осуществляется путем создания различных гасителей.
Известен гаситель вибрации выдвижного устройства подводной лодки (пат. SU №1840303, опубл. 27.08.2006, МПК: B63G 8/38), состоящий из кожуха, установленного на верхней части трубы выдвижного устройства, не входящей при его опускании в прочный корпус подводной лодки, при этом с целью уменьшения вибрации выдвижного устройства за счет изменения характера его обтекания, кожух выполнен перфорированным по всей его поверхности, установлен с зазором по отношению к трубе выдвижного устройства и имеет наружный диаметр, равный диаметру нижней части трубы.
Недостатки данного гасителя вибрации выдвижного устройства подводной лодки связаны с тем, что перфорированный кожух способствует увеличению силы трения при взаимодействии с опорами в процессе подъема и опускания выдвижного устройства, что способствует износу опор и снижает надежность и живучесть гасителя вибрации.
Известны также обтекатели для снижения уровня вихревой вибрации выдвижных устройств (см. Григоров М.Ю., Зайцев В.Н., Тюшкевич В.В. «Экспериментальная оценка гидродинамических характеристик и виброподверженности укороченных обтекателей мачтовых устройств», Труды Крыловского государственного научного центра. 2015. Вып. 88 (372). С. 149-152). Форма таких обтекателей представляет собой укороченный крыловидный профиль. Такая форма обусловлена необходимостью размещения дополнительных механизмов (помимо несущей трубы) внутри корпуса обтекателя и невозможности использования длинных удобообтекаемых профилей в пределах шахты выдвижного устройства.
Недостатком подобных профилей является их подтвержденная экспериментальным методом существенная виброподверженность, хотя и меньшая по сравнению с круглой трубой. Указанный недостаток обусловлен тем, что интенсивный отрыв вихрей в кормовой части такого профиля, образованных в результате обтекания потоком жидкости, вызывает нестационарную поперечную составляющую гидродинамической силы, действующую на конструкцию. Существенная виброподверженность способствует накоплению усталостных напряжений и ухудшает работу устройства, что снижает надежность и живучесть конструкции.
Известно также «Выдвижное устройство с гидродинамическим гасителем вибрации для подводных лодок» (пат. SU №1840301, опубл. 27.08.2006, МПК: B63G 8/38) - взятое за прототип, в котором с целью повышения эффективности действия гасителя вибрации, гаситель вибрации встроен в корпус мачты выдвижного устройства и выполнен в виде размещенной у топа мачты в диаметральной плоскости сквозной щели, изолированной от остального объема мачты герметичной выгородкой и подкрепленной ребрами жесткости, имеющей ширину 0,1-0,15 диаметра мачты.
Недостатком данного выдвижного устройства с гидродинамическим гасителем вибрации для подводных лодок является существенное ослабление конструкции за счет наличия сквозной щели в корпусе мачты выдвижного устройства, что снижает надежность и живучесть конструкции.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является эффективная борьба с вихревой вибрацией протяженных конструкций, находящихся под действием набегающего потока жидкости без снижения надежности и живучести конструкции.
Техническим результатом настоящего изобретения является отсутствие интенсивной вихревой вибрации выдвижного устройства подводной лодки вследствие перераспределения турбулентной кинетической энергии жидкости, что приводит к значительному снижению величины нестационарных вихревых сил в поперечном потоку направлении без снижения надежности и живучести конструкции.
Сущность изобретения заключается в том, что гидродинамический гаситель вибрации выдвижного устройства подводной лодки встроен в цилиндрический корпус мачты выдвижного устройства. При этом в кормовой части цилиндрического корпуса мачты выдвижного устройства по высоте на расстояниях друг от друга равных 0,5-2 диаметра мачты выполнен ряд отверстий диаметром 0,1-0,2 диаметра мачты для подачи струй воды со скоростью в 2,5-5 раз превышающую скорость набегающего потока.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где
на фиг. 1 - показана схема, отражающая расположение отверстий для подачи струй воды по длине цилиндрического корпуса мачты выдвижного устройства;
на фиг. 2 - показана схема, отражающая структуру гидродинамического следа за цилиндрическим сечением мачты выдвижного устройства без подачи струй воды;
на фиг. 3 - показана схема, отражающая структуру гидродинамического следа за цилиндрическим сечением мачты выдвижного устройства с подачей струй воды со скоростью в 2,5 раза превышающей скорость набегающего потока;
на фиг. 4 - показана схема, отражающая структуру гидродинамического следа за цилиндрическим сечением мачты выдвижного устройства с подачей струй воды со скоростью в 5 раз превышающей скорость набегающего потока.
Гидродинамический гаситель вибрации выдвижного устройства подводной лодки состоит из цилиндрического корпуса мачты 1 выдвижного устройства 2, ряда отверстий 3, расположенных в кормовой части цилиндрического корпуса мачты 1 и предназначенных для подачи струй воды 4.
Гидродинамический гаситель вибрации выдвижного устройства подводной лодки работает следующим образом. Подача струй воды 4 из отверстий 3, расположенных в цилиндрическом корпусе мачты 1 выдвижного устройства 2 изменяет структуру гидродинамического следа, образующегося позади цилиндрического корпуса мачты 1, устраняет асимметрию гидродинамического следа и уменьшает нестационарные поперечные гидродинамические силы, действующие на конструкцию, соответственно уменьшается вибрация выдвижного устройства 2 подводной лодки и повышаются его надежность и живучесть. Положительный эффект от использования предложенного решения был подтвержден расчетным методом. Сравнивались амплитуды, возникающих при вихревой вибрации поперечных гидродинамических сил на выдвижном устройстве 2, с подачей и без подачи струй воды 4 из отверстий 3. Подача струй воды 4 из отверстий 3 позволяет более чем в 50 раз уменьшить амплитуды, возникающих при вихревой вибрации поперечных гидродинамических сил, действующих на выдвижное устройство.
Использование заявленного изобретения исключает возникновение интенсивной вихревой вибрации выдвижного устройства подводной лодки и повышает его надежность, живучесть.