УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫТАЛКИВАНИЯ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ

Полезная модель относится к области выталкивающих систем и устройств в судостроении, а именно к устройствам для дистанционного отделения подводных аппаратов от морского подвижного носителя.
Известна полезная модель «Транспортно-пусковой контейнер» по патенту РФ №87511, F41F 3/10, 2009 г., содержащая заполненную ингибитором и герметично закрытую разрывной мембраной пусковую трубу с кольцом обтюрации в передней ее части, пусковое устройство, включающее пусковой и основной клапаны и поршень, установленный с возможностью его перемещения вдоль пусковой трубы, а также ресивер с газом высокого давления, при этом пусковая труба выполнена с дополнительной секцией, в корпусе которой размещен ресивер с образованием расширительной камеры между поршнем пускового устройства и последним, в расширительной камере установлены упоры для фиксации положения поршня и расположены пусковой клапан и выходная магистраль основного клапана, размещенного в части корпуса ресивера, герметизирующей расширительную камеру пускового устройства. Проходное сечение основного клапана увеличивается во время пуска подводного аппарата таким образом, что при падении давления в ресивере до 0,95-0,9 от первоначального сечение составляет 0,7-0,6 от максимального, а полное раскрытие происходит при остаточном давлении в ресивере, составляющем 0,75-0,85 от начального.
Сравнительно большая расширительная емкость (20-45% от объема ресивера) в сочетании с заявленным законом проходного сечения регулятора воздуха высокого давления от его текущего значения в ресивере обеспечивают в автоматическом режиме пуск подводного аппарата с необходимой выходной скоростью на глубине погружения морского подвижного носителя при наличии только управляющего сигнала на электромагнитном приводе пускового клапана сечением 5-10% от суммарного полного проходного сечения регулятора.
Недостатками аналога являются большие массогабаритные характеристики пускового клапана, занимающего существенную часть объема расширительной полости, и необходимость точной настройки пружин, обеспечивающих заданную программу работы регулятора газа высокого давления, что требует отработки каждого пускового устройства в условиях производства, а также дискретное раскрытие сечения регулятора обуславливает повышенные требования к его регулировке из-за возможных колебаний давления в расширительной полости влияющих на формирование выходной скорости выпускаемого аппарата.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является полезная модель «Устройство для выпуска подводных аппаратов» по Пат. РФ №97506, F41F 3/10, 2010 г., которое содержит заполненную ингибитором и герметично закрытую разрывной мембраной пусковую трубу с кольцом обтюрации в передней ее части, которое также выполняет функцию тормозного устройства для поршня. Поршень имеет возможность перемещения вдоль пусковой трубы, и совместно с кольцом обтюрации обеспечивает поперечную фиксацию подводного аппарата. Устройство содержит ресивер с газом высокого давления, а также пусковой с электромагнитным приводом и основной клапаны регулятора проходного сечения. Пусковая труба устройства выполнена с дополнительной секцией, в корпусе которой размещен ресивер с образованием расширительной камеры, в которой установлены упоры для начальной фиксации положения поршня и расположена выходная магистраль основного клапана, размещенного в корпусе ресивера. В устройстве выходная магистраль основного клапана оформлена в виде насадки, взаимодействующей с втулкой, имеющей профильную по длине внутреннюю поверхность, и жестко закрепленной на ограничивающей расширительную камеру стенке поршня и определяющей программное раскрытие проходного сечения для подачи газа из ресивера в расширительную полость, при этом насадка выходной магистрали основного клапана снабжена сквозными каналами в виде прорезей для связи ее внутреннего объема с зазором между насадкой и внутренней профильной поверхностью втулки.
Недостатками прототипа являются малая длина регулирующей расход газа из ресивера в расширительную камеру насадки и отсутствие регулирующих в зависимости от противодействующего гидростатического давления расход воздуха элементов, что приводит к невозможности обеспечить малую величину разброса (в пределах нескольких метров в секунду) выходной скорости выпускаемого подводного аппарата в широком диапазоне глубин использования устройства.
Заявляемая полезная модель решает задачу увеличения вариантности регулирования расхода газа, создающего выталкивающий подводный аппарат силовой импульс, в зависимости от противодействующего гидростатического давления.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение стабильности характеристик (выходной скорости, ускорений) процесса отделения подводного аппарата от носителя в широком диапазоне глубин, а также увеличение максимально допустимой глубины использования предлагаемого устройства.
Решение поставленной задачи достигается тем, что конструкция устройства содержит заполненную жидкостью с добавлением ингибитора и герметично закрытую разрывной мембраной пусковую трубу с кольцом обтюрации и тормозным устройством поршня, баллон с газом (воздухом) высокого давления, пусковой и основной клапаны, дополнительную секцию пусковой трубы с расширительной полостью, в которой размещены упоры для фиксации поршня и часть выходной магистрали основного с регулирующей насадкой. При этом на задней стенке дополнительной секции пусковой трубы установлена клапанная коробка, в которой размещены пусковой, основной клапаны и гидростат, выходной шток которого кинематически связан с регулятором проходного сечения выходной магистрали основного клапана. Магистраль основного клапана выполнена в виде трубы с окнами, внутри которой расположена насадка в форме веретена с профилированной по всей длине поверхностью, жестко закрепленного на ограничивающей расширительную камеру стенке поршня и определяющего при движении поршня программное раскрытие проходного сечения магистрали основного клапана для подачи газа из баллона в расширительную полость.
В качестве дополнительного регулирующего подачу газа элемента магистраль основного клапана оснащена поворотным регулятором проходного сечения в виде установленной перед ним поворотной втулки, изменение углового положения которой изменяет площадь проходных сечений, при этом на наружной поверхности втулки установлены зубья, взаимодействующие с зубчатой планкой, перемещение которой вызывает поворот втулки относительно своей продольной оси, а сама планка соединена с выходным штоком гидростата. Гидростат выполнен в виде сильфона, герметично приваренного к наружной поверхности клапанной коробки и к подпружиненному поршню, соединенному с выходным штоком гидростата.
Наличие в составе системы подачи воздуха на срабатывание устройства гидростата обеспечивает возможность более точной регулировки в зависимости от глубины силового импульса, прилагаемого к подводному аппарату для его пуска, что, с одной стороны, уменьшает избыточную величину выходной скорости на малой глубине, а с другой - позволяет максимально использовать проходное сечение клапана на больших глубинах.
Предлагаемая полезная модель поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - продольный разрез устройства в вертикальной плоскости;
фиг.2 - разрез клапанной коробки и дополнительной секции (втулка регулятора проходного сечения выходной магистрали извлечена из своего гнезда);
фиг.3 - разрез А-А клапанной коробки по продольной оси устройства гидростата.
На фиг.1 изображен общий вид полезной модели в разрезе, на котором подводный аппарат 1 размещен в пусковой трубе 2, расточенной под поршень 3, с неподвижно установленным в ее передней части обтюрирующим кольцом 4, образующим с внутренней поверхностью пусковой трубы демпфирующую полость 5, по размерам согласованную с кольцевым плунжером 6 поршня 3.
Подводный аппарат опирается головной частью на обтюрирующее кольцо 4, а челноками 7 - на пазы 8. При транспортировке и хранении в продольном направлении перемещение аппарата ограничивают кольцевой буфер 9 и разрывная мембрана 10, которая герметизирует внутренний, заполненный жидкостью объем пусковой трубы 2. Начальная фиксация поршня 3 от разворота относительно его продольной оси обеспечивается упорами 11.
С другой стороны трубы 2 герметично пристыкована включающая баллон 12 секция с образованием расширительной полости 13. В торцевой, ограничивающей расширительную полость 13, стенке баллона 12 выполнено резьбовое гнездо, в котором герметично закреплена выходная магистраль 14, оформленная в виде трубы. В выходной магистрали расположено веретено 15, имеющее профильную наружную поверхность с уменьшающимся в сторону баллона поперечным сечением, и жестко закрепленное на торцевой, ограничивающей расширительную полость стенке поршня 3.
В задней части баллона находится резьбовое гнездо, в которое ввернута с обеспечением герметичности соединения клапанная коробка 16, предназначенная для размещения стартового элемента, основного клапана, устройства наполнения баллона и гидростата 17.
Продольный разрез клапанной коробки представлен на фиг.2, при этом на чертеже не показана зубчатая поворотная втулка гидростата 17, размещаемая в гнезде 18, герметично закрываемом от внешней среды также не показанной на чертеже крышкой.
Внутри клапанной коробки выполнена полость 19, соединенная с внутренним объемом баллона 12 цилиндрическим каналом 20, воздух в которой находится под давлением, соответствующим давлению во внутренней полости баллона 12. С полостью 19 соединены не показанные на чертеже стартовый элемент и устройство наполнения баллона. Также внутри клапанной коробки выполнена полость 21, герметично отделенная от полости 19 основным клапаном 22 и находящаяся до момента пуска аппарата под атмосферным давлением. Полость 21 связана с выходной магистралью 14 с помощью проходных сечений 23, частично перекрываемых зубчатой поворотной втулкой гидростата 17. В верхней части основного клапана 22 расположена управляющая полость 24, связанная с полостью, в которой расположен стартовый элемент, внутренним каналом 25.
На фиг.3 показано устройство гидростата 17, располагаемого в теле клапанной коробки 16, в которой выполнена внутренняя полость 26. Во внутреннюю полость 26 входит поршень 27 гидростата 17, жестко соединенный с зубчатой рейкой 28, выполненной в виде вала с нарезанными на нем зубьями. Во внутренней полости 26, герметично отделенной от наружной среды прочным сильфоном 29, расположена пружина 30, определяющая начальное положение поршня 27, а также закон его перемещения под действием изменяющегося наружного гидростатического давления. Зубчатая рейка 28 взаимодействует с зубчатой поворотной втулкой 31, угловое положение которой относительно проходных сечений 23 определяет их эффективную площадь, через которую в процессе выпуска аппарата проходит воздух.
Устройство выталкивания работает следующим образом.
На базе приготовления (например, арсенале) в баллон 12 набирается газ (воздух высокого давления), а во внутреннюю полость пусковой трубы 2 - жидкость с добавлением ингибитора.
После подачи устройства на носитель на глубине подводный аппарат 1 будет находиться в жидкости под забортным давлением вследствие малой жесткости мембраны 10. При этом по мере увеличения глубины нахождения носителя будет изменяться гидростатическое давление, действующее на поршень 27 гидростата 17, который, перемещаясь внутрь полости 26 и сжимая пружину 30, будет вызвать перемещение зубчатой рейки 28, которая в свою очередь, будет передавать вращение зубчатой поворотной втулке 31, что приведет к увеличению эффективной площади проходных сечений 23. В случае, если носитель всплывает, поршень 27 под действием пружины 30 и жесткости сильфона движется в обратном направлении, вызывая уменьшение эффективной площади проходных сечений 23.
Осуществление пуска подводного аппарата производится подачей электропитания на привод не показанного на чертежах стартового элемента (электромагнитного пневмоклапана), который открывает доступ воздуха под давлением из полости 19 через внутренний канал 25 в управляющую полость 24 основного клапана 22. При уравнивании давления в управляющей полости 24 и во внутренней полости 19, за счет разности уплотняемых поверхностей, основная ступень регулятора откроется, обеспечивая доступ воздуха высокого давления во внутреннюю полость 21, а из нее - через проходные сечения 23 в выходную магистраль 14.
Из выходной магистрали 14 воздух, через кольцевой зазор между внутренней стенкой магистрали 14 и наружной поверхностью веретена 15, поступает в расширительную полость 13, обеспечивая повышение давления в ней выше забортного. Поршень 3, перемещаясь вдоль пусковой трубы и компенсируя потерю воды через обтюрацию, обеспечивает ускоренное по отношению к нему движение подводного аппарата 1, так как площадь поршня 3 больше площади калиброванной части подводного аппарата, находящейся на срезе кольца 4 обтюрации. Также движение поршня вызывает увеличение проходного сечения, через которое воздух поступает в расширительную полость, за счет вытягивания из выходной магистрали 14 веретено 15, имеющее, в том числе, и конические участки профилированной наружной поверхности.
В конце разгона подводного аппарата 1 поршень 3 тормозится и затем останавливается, так как плунжер 6 сжимает в демпфирующей полости 5 жидкость, постепенно выжимая ее под образующимся повышенным давлением через уменьшающееся с перемещением поршня сечение.
Таким образом, данное устройство обеспечивает достижение технического результата - реализована возможность регулирования расхода газа, создающего выталкивающий подводный аппарат силовой импульс, в зависимости от различных значений противодействующего гидростатического давления, и, как следствие, обеспечена стабильность выходной скорости и ускорений процесса безопасного отделения подводного аппарата от носителя в широком диапазоне глубин.