ДВИГАТЕЛЬНО-ДВИЖИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ПОДВОДНОГО АППАРАТА
PROPULSIVE ARRANGEMENT OF UNDERWATER VEHICLE

Изобретение относится к области морской подводной техники, а именно к конструкциям двигательно-движительных установок (ДДУ) подводных аппаратов.
В настоящее время наибольшее распространение получили двигательно-движительные установки подводных аппаратов с высокоскоростным электродвигателем (ЭД), редуктором, магнитной муфтой и узлом уплотнения, выполненным в виде разделителя сред. В таких установках высокие моментные характеристики достигаются за счет понижения частоты вращения ротора пропорционально передаточному отношению редуктора.
Данное техническое решение реализовано в двигательно-движительных установках одного из лидеров в области разработки и производства ДДУ - фирмы «Tecnadyne» (www.tecnadyne.com), которая обеспечивает серийный выпуск ДДУ с очень широким диапазоном тяговых характеристик при малой массе (от 0,7 до 12,9 кг), незначительном диаметре и различном напряжении питания (от 48 до 330 В).
Ближайшим аналогом по конструкции ДДУ, из номенклатуры фирмы «Tecnadyne», является модель 521, в состав которой входят:
- синхронный высокоскоростной электродвигатель, обеспечивающий преобразование электрической энергии в механическую;
- планетарный одноступенчатый редуктор, предназначенный для синхронизации частоты вращения ротора ЭД и движителя;
- магнитная муфта для обеспечения герметизации и передачи вращающего момента от выходного вала редуктора к валу движителя через немагнитную оболочку;
- движитель, преобразующий механическую энергию в тягу.
До глубины 1500 м внутренние полости указанной ДДУ находятся в воздушной среде, а при использовании подводного аппарата на глубине свыше 1500 м из-за возможного разрушения немагнитного разделителя и необходимости сохранения типоразмерного ряда сред магнитной муфты эта полость заполняется нейтральной жидкостью. При этом происходит соответствующее падение кпд двигателя и редуктора.
Наиболее близким аналогом (прототип) является конструкция двигательно-движительной установки, описанная в патенте РФ №2557291. Данная конструкция имеет состав, аналогичный модели 521, а основное отличие заключается в переносе магнитной муфты непосредственно на вал электродвигателя, при этом редуктор оказывается в полости, заполненной жидкостью, такое решение обеспечивает существенный выигрыш по массогабаритным характеристикам.
Общим недостатком вышеперечисленных конструкций двигательно-движительных установок является высокий уровень шума. Одним из основных источников шума в современных ДДУ подводных аппаратов являются редукторы. Основной причиной возникновения шума в редукторах оказываются динамические процессы в зацеплении, а также деформации вследствие воздействия температуры и нагрузок. К основным источникам шума и вибрации, возникающим в зацеплении, можно отнести:
- пульсации механического момента при перемещении точки контакта по профилю зуба;
- кинематические погрешности зубчатых колес;
- переменную деформацию зубьев;
- механический удар на входе в зацепление;
- переменные по направлению силы трения;
- истечение масла и воздуха из впадин между зубьями.
Вышеперечисленные источники шумобразования отсутствуют в передачах, в которых для создания зацепления используются магнитные и электромагнитные поля.
Задачей, решаемой изобретением, является создание ДДУ, обеспечивающей низкий уровень шумов в подводном положении.
Технический результат заключается в снижении собственного уровня шума и вибрации в подводном положении, что позволяет уменьшить шумоизлучение всего аппарата в целом, при этом сохранив прежние габариты и массу двигательно-движительной установки.
Указанный технический результат достигается тем, что в качестве редуктора установлен магнитный редуктор, содержащий кольцевой элемент, выполненный из магнитопроводящего материала с радиальными пазами.
При этом магнитный редуктор, обеспечивает не только уменьшение частоты вращения выходного звена с увеличением вращающего момента на нем, но и изолирует (отделяет) воздушную полость, в которой размещен электродвигатель, от внешней среды. Функцию разделителя сред выполняет кольцевой элемент из магнитопроводящего материала с радиальными пазами, который также обеспечивает модуляцию магнитных потоков между роторами.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1. Конструкция двигательно-движительной установки подводного аппарата.
Фиг. 2. Кольцевой элемент с радиальными пазами.
Предложенная двигательно-движительная установка подводного аппарата содержит высокоскоростной электродвигатель 1, который расположен в воздушной среде, и магнитный редуктор 2, высокооборотный (ведущий) ротор 5 которого размещен в воздушной среде и соединен непосредственно с электродвигателем, а низкооборотный (ведомый) ротор 6 - выходное звено находится в жидкой среде и соединено с движителем 3. Между роторами расположен кольцевой элемент с радиальными пазами 4.
При работе двигательно-движительной установки высокооборотный электродвигатель 1 приводит во вращение быстроходный ротор 5 магнитного редуктора, который за счет сил магнитного взаимодействия через кольцевой элемент с радиальными пазами 4 приводит в движение выходной ротор 6 и передает вращающий момент движителю. Так как электродвигатель 1 находится в воздушной полости, то сохраняются его высокие энергетические характеристики.
Предлагаемая двигательно-движительная установка позволяет обеспечить существенное снижение шума и вибрации всей ДДУ, кроме того, отсутствие механического контакта в звеньях редуктора значительно увеличивает ресурс ДДУ. Такое конструктивное решение позволяет повысить эффективность эксплуатации подводного аппарата за счет расширения его функциональных возможностей, а также расширить область задач, решаемых подводным аппаратом, в целом.