Кабель-буксир гидроакустической станции надводного корабля с буксируемыми антеннами переменной глубины

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована в гидроакустических станциях (ГАС) надводных кораблей (НК), а также научно-исследовательских судов и судов экологического контроля.
Известны активно-пассивные ГАС НК с антеннами переменной глубины (АПГ), буксируемыми за НК при помощи кабель-буксира [Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. С. - Петербург, «Наука», 2004, с.88-191].
К подобным ГАС, относится и активная ГАС с гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА) [Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. С. - Петербург, «Наука», 2004, с. 95-98].
Известен кабель-буксир, содержащий изолированные токоведущие жилы возбуждения, коаксиальные пары, витые сигнальные пары, электроизоляционную оболочку, нанесенную поверх них, и грузонесущий элемент - двухслойную разнонаправленную броню из стальной проволоки [Кабели грузонесущие марок КГ-200 и КГ-250.ТУ08.237-2003; Горлин А.В., Желтаков А.В., Рубанов И.Л., Семенова С.А. Некоторые результаты измерений характеристик кабеля грузонесущего КГ-200 // Гидроакустика, 2011, вып. 14(2), с. 91-99].
Известный кабель-буксир работает в тяжелых эксплуатационных условиях, а именно:
- высокие статические нагрузки при буксировке АПГ;
- значительные динамические нагрузки, обусловленные волнением моря и маневрированием НК;
- многократные перемотки при постановке-выборке АПГ при помощи спускоподъемного устройства (СПУ), оборудованного пультом управления (ПУ), на котором для оператора поступает информация о натяжении кабель-буксира, глубине нахождения АПГ, длине вытравленного кабель-буксира, длине подводной и/или надводной частей и т.д.;
- широкий диапазон изменения гидроакустического давления;
- перепады температур.
В процессе эксплуатации ГАС НК с АПГ значительная часть кабель-буксира находится в условиях открытой атмосферы (на открытом воздухе), а именно - часть от поверхности воды до НК, и часть, расположенная на НК включая отрезок, намотанный на барабан [Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. С. Петербург, «Наука», 2004, с.62-63; Патент DE 1971936 1998.11.12; Андреев М.Я., Бородин Ю.Л., Охрименко С.Н., Рубанов И.Л., Сидоров А.О., Хуснутдинов Р.Р., Цибулькин А.Ф. Патент РФ на полезную модель №91968 от 27.10.2008. Судовое спускоподъемное устройство для буксируемых подводных аппаратов. МПК В63В 21/66].
Недостатком известного кабель-буксира является его низкая надежность при эксплуатации в условиях Арктики и Антарктики.
Недостаток объясняется тем, что при температурах ниже -50°С стальная проволока, из которой изготовлен грузонесущий элемент - броня кабель-буксира, и изоляционные оболочки - например, из поливинилхлоридного пластиката или хлорсульфированного полиэтилена - становятся хрупкими и жесткими [Счастливцев В.М. Повышение физико-механических свойств углеродистых конструкционных сталей, предназначенных для эксплуатации в условиях низких климатических температур // В сб. «Развитие Арктики и приполярных регионов» Екатеринбург, УрФу, 2014, с. 208-210; Горкунов Э.С. Определение температурных условий применения перспективных азотосодержащих сталей с высоким уровнем механических свойств, износостойкости и трещиностойкости для эксплуатации в регионах крайнего Севера и разработка неразрушающих методов контроля этих сталей // В сб. «Развитие Арктики и приполярных регионов» Екатеринбург, УрФу, 2014 с. 217-220; Макаров В.А. Применение морозостойких кораблей и глубоководных разъемов в арктических условиях // В сб. «Развитие Арктики и приполярных регионов» Екатеринбург, УрФу, 2014, с. 227-232; Махутов Н.А., Москвичев В.В., Фомин В.М. Создание техники северного исполнения - проблема социально-экономического развития восточных регионов России // Вестник Российской Академии наук, 2015, т. 85, №2, с. 155-163], что понижает надежность кабель-буксира и усложняет эксплуатацию ГАС с АПГ.
Известен кабель-буксир, содержащий изолированные высоковольтные токоведущие жилы возбуждения, коаксиальные пары, витые сигнальные пары, электроизоляционную оболочку, нанесенную поверх них, и грузонесущий элемент - двухслойную разнонаправленную броню из стальной проволоки, а также состоящий из двух коаксиальных электродов -внутреннего и внешнего, электрически соединенных на кормовом конце, подключенный к источнику электропитания нагревательный элемент и две дополнительные электроизоляционные оболочки, одна из которых разделяет внутренний и внешний электроды, а вторая - внешний электрод и грузонесущий элемент, при этом коаксиальные электроды выполнены из токопроводящего материала, например, меди, а их толщина должна обеспечить укладку кабель-буксира на барабан [Рубанов И.Л., Сергиенко М.М. Патент РФ на полезную модель №179408 от 13.06.2017. Кабель-буксир гидроакустической станции надводного корабля с буксируемыми антеннами переменной глубины. МПК G01V 1/20].
С целью уменьшения продольной жесткости коаксиальных электродов они могут быть выполнены разрезными или плетенными из медной проволоки.
Нагрев кабель-буксира позволяет обеспечить его эластичность и гибкость.
Известный кабель-буксир наиболее близок к предлагаемому по совокупности технологических признаков и вследствие этого принят за прототип.
Недостатком известного кабель-буксира является высокое энергопотребление при эксплуатации ГАС НК с АПГ в рабочем положении, а именно когда АПГ и часть кабель-буксира находятся под водой.
Недостаток объясняется тем, что и в рабочем положении АПГ коаксиальные электроды находятся под напряжением по всей длине кабеля.
Задачей полезной модели является уменьшение энергопотребления кабелей при нахождении АПГ в рабочем (подводном) положении.
Техническим результатом предложенного устройства является уменьшение энергопотребления и повышение надежности кабель-буксира в процессе эксплуатации.
Для достижения указанного результата в кабель-буксир, содержащий изолированные высоковольтные токоведущие жилы возбуждения, коаксиальные пары, витые сигнальные пары, электроизоляционную оболочку, нанесенную поверх них, и грузонесущий элемент - двухслойную разнонаправленную броню из стальной проволоки, а также состоящий из двух коаксиальных электродов - внутреннего и внешнего, электрически соединенных на кормовом конце, подключенный к источнику электропитания нагревательный элемент и две дополнительные электроизоляционные оболочки, одна из которых разделяет внутренний и внешний электроды, а вторая - внешний электрод и грузонесущий элемент, при этом коаксиальные электроды выполнены из токопроводящего материала, например, меди, а их толщина должна обеспечить укладку кабель-буксира на барабан, введены новые признаки, а именно: расположенные периодически по длине кабель-буксира, соединяющие внутренний и внешний коаксиальные электроды нагревательного элемента, проходящие через разделяющую их электроизоляционную оболочку, токопроводящие мостики, состоящие из двух электродов, разделенных нормально разомкнутым сильноточным реле, которое управляется с поста управления СПУ оператором последнего.
Технический результат подтверждается расчетным моделированием и прямым натурным макетированием.
Сущность полезной модели поясняется Фиг. 1 - Фиг. 3, на которых приведены соответственно кабель-буксир в транспортном положении; поперечный разрез кабель-буксира; кабель-буксир в процессе постановки АПГ.
В транспортном положении (Фиг. 1) кабель-буксир 1, содержащий нагревательный элемент 2 соединен своим кормовым концом с АПГ 3, расположенной на ложементе 4 СПУ. Кабель-буксир 1 через ролики 5 и 6 подвижной каретки 7 СПУ уложен на барабан 8 СПУ. Нагревательный элемент 2 в носовом конце кабель-буксира 1 подсоединен к источнику электропитания на борту НК (не показан).
Нагревательный элемент 2 кабель-буксира 1 состоит из двух коаксиальных электродов 9 и 10, которые разделены электроизоляционной оболочкой 11 (Фиг. 2). В кормовой части кабель-буксира 1 электроды 9 и 10 электрически соединены между собой. Поверх внешнего коаксиального электрода 10 нанесена электроизоляционная оболочка 12, поверх которой уложена двухслойная разнонаправленная броня из стальной проволоки 13.
Внешний и внутренний электроды 10 и 9 нагревательного элемента 2 соединены периодически расположенными по длине кабель-буксира 1 проходящими через электроизоляционную оболочку 11 токопроводящими мостиками 14, состоящими из двух электродов 15, разделенных нормально разомкнутым сильнотоковым реле 16, управляемым оператором с пульта управления СПУ (не показан).
Изолированные высоковольтные токоведущие жилы возбуждения 17, коаксиальная пара 18 и витые сигнальные пары 19 окружены электроизоляционной оболочкой 20 (Фиг. 2).
Толщины коаксиальных электродов 9 и 10 должны обеспечивать укладку кабель-буксира 1 на барабан 8 СПУ.
С целью уменьшения продольной жесткости коаксиальных электродов 9 и 10 они могут быть выполнены разрезными или плетенными из медной проволоки.
Работа предложенного кабель-буксира гидроакустической станции надводного корабля с антеннами переменной глубины осуществляется следующим образом.
При подготовке к спуску АПГ 3 в рабочее положение из транспортного (Фиг. 1) на нагревательный элемент 2 кабель-буксира 1 с источника электропитания (не показан) подают напряжение. При достижении требуемой температуры брони 13 (Фиг. 2), что определяется расчетным путем, начинается вращение барабана 8 с вытравливанием кабель-буксира 1, перемещением каретки 7 с АПГ за корму НК и последующим опусканием АПГ в воду (Фиг. 3).
После достижения АПГ рабочей глубины и начала боевой работы оператор СПУ по информации с ПУ СПУ определяет ближний на заглубленном участке кабель-буксира к поверхности раздела вода-воздух токопроводящий мостик 14 и подает на его сильноточное реле 16 (Фиг. 2) управляющий сигнал, в результате чего контакты нормально разомкнутого сильноточного реле замыкаются, а ток по электродам нагревательного элемента далее замкнутого токопроводящего мостика не течет.
При переводе АПГ в транспортное положение и установке ее на ложемент СПУ оператор снимает управляющий сигнал с сильноточного реле, которое размыкает свои контакты.
Поскольку в процессе проведения операции подъема АПГ часть кабель-буксира от поверхности воды до НК, и часть кабель-буксира, расположенная на НК, включая отрезок, намотанный на барабан, находятся в условиях низких климатических температур, то в это время нагревательный элемент полностью находится под напряжением.
Обеспечение заявленного технического результата достигается за счет введения в состав кабель-буксира расположенные периодически по длине кабель-буксира, соединяющие внутренний и внешний коаксиальные электроды нагревательного элемента, проходящие через разделяющую их электроизоляционную оболочку, токопроводящие мостики, состоящие из двух электродов, разделенных нормально разомкнутым сильноточным реле, которое управляется с поста управления СПУ оператором последнего.