КАМЕРА СПАСАТЕЛЬНАЯ ВСПЛЫВАЮЩАЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК В ПОДЛЕДНЫХ УСЛОВИЯХ

Полезная модель относится к области судостроения и морских сооружений и предназначена для применения при создании и эксплуатации подводных объектов, плавающих в районах с ледяным покровом, и может быть использована для оффшорных платформ, эксплуатируемых в районах с ледообразованием, для спасения в случаях аварии, когда выход людей на лед невозможен (например, в случае разлива горящей нефти на льду).
Плавание подводных лодок и обитаемых подводных аппаратов под ледяным покровом, а также эксплуатация ледостойких буровых и добывающих платформ в ледовых условиях предъявляют повышенные требования к обеспечению безопасности человека на указанных объектах и к средствам спасения в аварийной ситуации. При этом необходимо преодолеть трудности всплытия на поверхность моря, возникающие из-за наличия ледяного покрова.
На подводных лодках применяются всплывающие спасательные камеры, отделяющиеся от подводного объекта в случае безнадежности борьбы за спасение объекта. Известна конструкция всплывающей спасательной камеры (патент US 3291087 «Life Saving Rescue Capsule», МПК B63G 8/00, публ. 13.12.1966).
Известно устройство для эвакуации экипажа с аварийной подводной лодки (патент РФ №2149123, МПК B63G 8/40, 8/41, F41F 3/07, публ. 20.05.2000), которое содержит камеру с системами жизнеобеспечения и управления, люками и поплавками на ее наружной поверхности. Камера выполнена в виде цилиндрической капсулы с эластичными направляющими и обтюрирующими поясами на ее наружной поверхности и установлена в пусковую шахту подводной лодки, сверху шахта закрыта крышкой, а между днищами шахты и капсулы размещено энергетическое средство катапультирования капсулы. Изобретение позволяет обеспечить эвакуацию экипажа в наиболее короткий промежуток времени независимо от положения подводной лодки.
Известен подводный аварийно-спасательный комплекс (патент РФ №2346849, МПК B63G 8/41, 8/40, публ. 20.09.2009), который имеет стартовую шахту, соединенную с прочным корпусом подводной лодки. Шахта имеет раскрепленную в ней прочную герметичную капсулу с верхним входным люком и систему шлюзования этой шахты. Прочная герметичная капсула снабжена носовым обтекателем-надстройкой, с которой жестко соединена по периметру. Между днищами шахты и капсулы расположено энергетическое средство катапультирования. Изобретение позволяет повысить надежность спасения личного состава атомной подводной лодки в аварийной ситуации.
Общим недостатком указанных устройств является то, что они предназначены для всплытия на чистой воде и не приспособлены для разрушения льда (форсирования ледяного покрова), а также и для плавания спасательной камеры в ледовых условиях с гарантированным спасением людей, т.е. обеспечением безопасного плавания в майне и выхода на лед.
Известно подводное плавсредство (патент РФ №2042570, МПК B63G 8/41, E02B 15/02, публ. 27.08.1995), в котором для преодоления ледяного покрова используют пробойники с применением сжатого воздуха. Пробойник, всплывающий при подаче газа в его внутреннюю полость, ударяется о ледяной покров и взламывает его с предположительным образованием майны.
Недостатками данного изобретения являются малая скорость всплытия пробойника под действием собственной плавучести, недостаточная для форсирования льда значимой толщины (более 0,5 м), а также наличие в конструкции плавсредства системы сжатого газа, установка которой проблематична и небезопасна на спасательной камере.
Известна спасательная камера подводного объекта (патент РФ №2066658 МПК B63G 8/41, публ. 20.09.1996), которая предназначена для всплытия в ледовых условиях и может быть использована с подводного объекта, плавающего или лежащего на грунте под ледяным покровом.
Конструкция спасательной камеры включает непроницаемый корпус с верхним люком, обтекателем, нижняя кромка оболочки которого закреплена по периметру над верхним люком, и средства разрушения ледяного покрова.
Спасательная камера по указанному изобретению использует пробойники как средства разрушения ледяного покрова, всплывающие при подаче газа в их внутреннюю полость. Над верхним люком спасательной камеры установлен надувной складной обтекатель из эластичного материала с закругленной верхней частью с жестким поперечным каркасом. Оболочка обтекателя служит защитой для людей в процессе контакта камеры со льдом, при отдраивании выходного люка и выхода людей из камеры. Камера снабжена системой хранения и подачи сжатого газа, включающая баллон, трубопроводы и клапаны для продувания пробойников и надувания обтекателя. Указанные устройства (пробойники и обтекатель), продуваемые сжатым газом позволяют достичь возможности использования камеры с объекта, находящегося подо льдом.
Рассматриваемое изобретение по патенту РФ №2066658 (МПК B63G 8/41, публ. 20.09.1996) выбрано в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатками выбранного наиболее близкого аналога являются:
- небольшая скорость всплытия под действием собственной плавучести пробойников, выпускаемых в процессе всплытия камеры, по этой причине кинетической энергии пробойника недостаточно для форсирования льда значимой толщины (более 0,5 м);
- размещение пробойников вне корпуса камеры, что приводит к нежелательному увеличению размеров ниши в корпусе подводной лодки для размещения камеры, а также создает дополнительное гидродинамическое сопротивление всплытию спасательной камеры, замедляя всплытие и уменьшая кинетическую энергию спасательной камеры, идущей на разрушения ледяного покрова;
- выполнение обтекателя головной части спасательной камеры в виде эластичной оболочки, легко сминаемой при первичном контакте со льдом и одновременно способствующей упругому отскоку камеры от нижней поверхности ледяного покрова, что, в целом, снижает жесткость удара и затрудняет проламывание (форсирование) ледяного покрова;
- наличие системы хранения и подачи сжатого газа, установка которой проблематична и небезопасна в спасательной камере и требует дополнительного пространства для ее размещения и обслуживания с целью контроля и пополнения сжатого газа (не реже одного раза в неделю), а также выравнивания давления в камере, что в целом усложняет условия эксплуатации спасательной камеры.
Таким образом, техническое решение - наиболее близкий аналог - не обеспечивает всплытие спасательной камеры на поверхность моря при значимой (более 0,5 м) толщине ледяного покрова, использует пробойники вне корпуса камеры, затрудняющие размещение камеры в нише корпуса подводного объекта и содержит систему хранения и подачи сжатого газа, усложняющую конструкцию спасательной камеры и соблюдение условий ее безопасной эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, являлась разработка конструкции спасательной камеры, которая позволила бы обеспечить:
- облегчение процесса форсирования (проламывания) всплывающей спасательной камерой ледяного покрова путем образования майны в ледяном покрове за счет увеличения пробойной способности средств, предварительно выпускаемых в процессе всплытия спасательной камеры,
- жесткий первичный контакт спасательной камеры с ледяным покровом для уверенного его форсирования,
- упрощение конструкции спасательной камеры, в частности, за счет отказа от установки системы хранения и подачи сжатого газа.
Для решения поставленной задачи предлагается камера спасательная всплывающая для использования при эксплуатации подводных лодок в подледных условиях, которая позволяет устранить недостатки наиболее близкого аналога и обеспечить следующий технический результат, а именно:
- увеличение преодолеваемой толщины льда при форсировании ледяного покрова от 1,5 до 2,0 м, повышение надежности и безопасности эксплуатации спасательной камеры, снижение массогабаритных и улучшение гидродинамических характеристик предлагаемого устройства в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая камера спасательная всплывающая для использования при эксплуатации подводных лодок в подледных условиях (далее по тексту - спасательная камера) содержит водонепроницаемый корпус с верхним люком, обтекателем и средства разрушения ледяного покрова. При этом нижняя кромка оболочки обтекателя по периметру размещена над верхним люком спасательной камеры. В отличие от наиболее близкого аналога обтекатель выполнен жестким в виде конической проницаемой оболочки, которая центрирована относительно оси спасательной камеры и размещена на головной части водонепроницаемого корпуса. Головная часть водонепроницаемого корпуса выполнена в виде сферического сегмента. В качестве средств разрушения ледяного покрова используют неуправляемые реактивные снаряды.
При этом пусковые стаканы неуправляемых реактивных снарядов установлены в цилиндрических нишах, размещенных по периферии сферического сегмента головной части водонепроницаемого корпуса, а величина глубины каждой цилиндрической ниши соотнесена с величиной высоты соответствующего пускового стакана с открытой крышкой.
Существенность отличий предлагаемой конструкции спасательной камеры от наиболее близкого аналога определяется следующим.
Использование в качестве средств разрушения ледяного покрова неуправляемых реактивных снарядов, например, с бризантной головной частью, вместо пробойников, всплывающих под действием сжатого газа, позволяет разрушить ледовый покров толщиной от 1,5 до 2,0 м и образовать майну размеров, достаточных для всплытия в нее спасательной камеры, что подтверждено проведенными исследованиями и испытаниями на ледяном полигоне.
Выполнение обтекателя головной части водонепроницаемого корпуса спасательной камеры жестким в виде конической водопроницаемой оболочки, его центрирование на оси спасательной камеры и размещение на сферическом сегменте головной части позволяет реализовать жесткий контакт спасательной камеры со льдом, передавая полностью ее кинетическую энергию на разрушение ледяного покрова и/или раздвигание льдин, плавающих в майне.
Таким образом, сочетание предварительного форсирования ледяного покрова посредством неуправляемых реактивных снарядов при всплытии спасательной камеры и затем дополнительное воздействие жесткой конической водопроницаемой оболочкой обтекателя спасательной камеры обеспечивает возможность взламывать неравномерный по толщине ледяной покров, успешно преодолевая при этом неровности нижней поверхности льда.
Этим достигается увеличение преодолеваемой толщины льда при форсировании ледяного покрова от 1,5 до 2,0 м.
Достижению указанного технического результата в части уменьшения гидродинамического сопротивления всплытию спасательной камеры способствует то, что пусковые стаканы неуправляемых реактивных снарядов размещены в цилиндрических нишах, которые выполнены (утоплены) в сферическом сегменте головной части водонепроницаемого корпуса спасательной камеры. При этом соотнесение величины глубины каждой цилиндрической ниши с величиной высоты соответствующего пускового стакана с открытой крышкой позволяет исключить наличие конструктивных элементов, которые выходили бы за наружный контур водонепроницаемого корпуса спасательной камеры.
Совокупность указанных признаков позволяет сохранить обтекаемую форму спасательной камеры, как во время всплытия, так и в момент пуска неуправляемых реактивных снарядов и соответственно обеспечивает требуемые гидродинамические характеристики устройства в целом.
Замена пробойников на неуправляемые реактивные снаряды в конструкции спасательной камеры позволила осуществить отказ от системы хранения и подачи сжатого газа, что облегчает и упрощает конструкцию спасательной камеры, повышает надежность и безопасность эксплуатации спасательной камеры, а также снижает массогабаритные и улучшает гидродинамические характеристики предлагаемого устройства в целом.
Кроме того данная замена устраняет необходимость трудоемкого обслуживания системы хранения и подачи сжатого газа (воздуха), поскольку указанная система требует постоянного контроля и периодического пополнения газа (не реже 1 раза в неделю) и выравнивания давления в спасательной камере.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - показана спасательная камера, установленная в нише корпуса подводного объекта перед всплытием;
на фиг. 2 - показан узел размещения средств разрушения ледового покрова в сферическом сегменте головной части водонепроницаемого корпуса спасательной камеры (вид А);
на фиг. 3 - показана спасательная камера в подледных условиях, в процессе всплытия в момент достижения неуправляемыми реактивными снарядами нижней поверхности ледяного покрова;
на фиг. 4 - показана спасательная камера, всплывшая в майне (образованной воздействием неуправляемых реактивных снарядов и затем жестким коническим обтекателем головной части спасательной камеры) с открытой крышкой верхнего люка.
На фиг. 1 спасательная камера 1, установленная в нише 2 корпуса подводного объекта, имеет водонепроницаемый корпус 3, оснащенный верхним люком 4. Головная часть водонепроницаемого корпуса 3 спасательной камеры 1 представляет собой сферический сегмент 5, в верхней части которого по оси спасательной камеры 1 установлена коническая водопроницаемая оболочка обтекателя 6, при этом указанная оболочка обтекателя 6 выполнена жесткой.
Верхний люк 4 спасательной камеры 1 размещен в верхней части сферического сегмента 5 так, чтобы коническая водопроницаемая оболочка обтекателя 6 не препятствовала открыванию верхнего люка 4.
Коническая водопроницаемая оболочка обтекателя 6, нижняя кромка которого по периметру закреплена на поверхности сферического сегмента 5, имеет вырезы - шпигаты 7 для слива забортной воды при всплытии спасательной камеры 1. В периферической части сферического сегмента 5 головной части водонепроницаемого корпуса 3 спасательной камеры 1 размещены средства 8 разрушения ледового покрова, в качестве которых использованы неуправляемые реактивные снаряды 9 (фиг. 2), например, от 4 до 8 снарядов.
Узел размещения средства 8 разрушения ледового покрова (фиг. 2 - вид А) представляет собой цилиндрическую нишу 10, в которой установлен пусковой стакан 11, содержащий неуправляемый реактивный снаряд 9. Пусковые стаканы 11 выполнены герметичными. Пусковые стаканы 11 с открытыми крышками 12 не выходят за контур поверхности сферического сегмента 5.
На фиг. 2 показано, что величина глубины каждой цилиндрической ниши 10 больше или равна величине высоты соответствующего пускового стакана 11 и величине высоты его открытой крышки 12. Таким образом, сохранить обтекаемую форму спасательной камеры 1, как во время всплытия, так и в момент пуска неуправляемых реактивных снарядов 9 возможно при условии, что
1
2
H≥h+h, где:
H - величина глубины каждой цилиндрической ниши 10;
1
h - величина высоты соответствующего пускового стакана 11;
2
h - величина высоты открытой крышки 12 пускового стакана 11.
На чертежах (фиг. 1-4) показаны входные люки 13 спасательной камеры 1 и отсечные люки 14, выполненные в нише 2 корпуса подводного объекта, а также крышка 15 верхнего люка 4.
Работа спасательной камеры.
В исходном (походном) положении спасательная камера 1 размещена в нише 2 подводного объекта. Пространство вокруг спасательной камеры 1 и коническая водопроницаемая оболочка обтекателя 6 заполнены забортной водой. В случае необходимости использования спасательной камеры 1 люди переходят в спасательную камеру 1 через отсечные люки 14 подводного объекта и входные люки 13 спасательной камеры 1. Затем спасательную камеру 1 отделяют от подводного объекта, и она свободно всплывает в подледном пространстве.
При достижении спасательной камерой 1 глубины от 50 до 20 м (50 м - максимальная глубина для эффективности работы неуправляемых реактивных снарядов, 20 м - минимальная глубина по безопасности от воздействия ударной волны взрыва снарядов во льду) дистанционно из спасательной камеры 1 открывают крышки 12 пусковых стаканов 11 и запускают неуправляемые реактивные снаряды 9. Время движения неуправляемых реактивных снарядов 9 до нижней поверхности ледяного покрова составляет от 0,2 до 0,6 секунды. В результате подрыва указанных снарядов 9 в момент контакта с нижней поверхностью льда образуется майна в ледяном покрове или, как минимум, ослабленный трещинами лед. При достижении конической водопроницаемой оболочкой обтекателя 6 поверхности воды майны, указанная оболочка обтекателя 6 раздвигает плавающие льдины или, в случае попадания в крупную льдину, разрушает ее.
При этом обломки льда сползают по поверхностям конической водопроницаемой оболочки обтекателя 6 и сферического сегмента 5, а вода из пространства конической водопроницаемой оболочки обтекателя 6 стекает через шпигаты 7. Коническая водопроницаемая оболочка обтекателя 6 предохраняет верхний люк 4 от обломков льда и выходящих из спасательной камеры 1 людей от воздействия ветра, осадков и льда.
После стока воды из конической водопроницаемой оболочки обтекателя 6 давление в спасательной камере 1 сравнивают с атмосферным давлением. Затем отдраивают крышку 15 верхнего люка 4 и люди выходят в коническую водопроницаемую оболочку обтекателя 6. Убедившись в возможности и безопасности выхода из конической водопроницаемой оболочки обтекателя 6 на лед (или в майну), открывают выходную дверь (на чертеже не показана) и люди выходят из конической водопроницаемой оболочки обтекателя 6 на лед. В случае опасности выхода на лед коническая водопроницаемая оболочка обтекателя 6 служит защитой от ветра, осадков, захлестывания водой спасательной камеры 1 при нахождении людей в спасательной камере 1 до прибытия спасателей.
Таким образом, конструкция спасательной камеры, оснащенная средствами разрушения ледяного покрова в виде неуправляемых реактивных снарядов и выполнение обтекателя головной части водонепроницаемого корпуса в виде жесткой конической водопроницаемой оболочки, повышает безопасность и надежность всплытия спасательной камеры в ледовых или штормовых условиях, повышает защищенность личного состава подводного объекта в подледном плавании или при эксплуатации оффшорных сооружений в ледовых условиях.