ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ
UNDERWATER VEHICLE

Изобретение относится к области судостроения и может найти применение в качестве подводного аппарата.
Известна французская подводная лодка "Нарвал" с раздельными двигателями для надводного и подводного хода, содержащая прочный корпус, легкий корпус, рубку, цистерны главного балласта, дифферентовочные цистерны, паросиловую установку для надводного хода и привода генератора, электрическую установку для подводного хода, соединенную с гребным винтом, аккумуляторные батареи системы жизнеобеспечения и управления. Водоизмещение 117/200 т, длина 34 м, ширина 3,8 м, скорость 10/3 уз, дальность плавания 400/40 миль. (Морской энциклопедический словарь, гл. ред. д.т.н. Дмитриев, т.2, К-П, СПб, Судостроение, 1993, с. 347-348).
Недостатки известной французской лодки "Нарвал": сложность запуска и остановки паровой установки при погружении и всплытии, небольшие скорость движения и дальность плавания.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией подводной лодки.
Известна также подводная лодка с раздельными двигателями для надводного и подводного хода, содержащая прочный корпус, легкий корпус, рубку, дизельный двигатель для надводного хода, гребной электродвигатель со станцией управления, связанные через редукторы с гребными винтами, носовой и кормовой аккумуляторные отсеки, в которых размещены аккумуляторные батареи, цистерны главного балласта, дифферентовочные цистерны, системы сжатого воздуха среднего и высокого давления, системы жизнеобеспечения
(С.Н.Прасолов, М.Б.Амитин, Устройство подводных лодок, М., Воениздат, 1973, с.31).
Известная дизельная подводная лодка как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату принята за прототип.
Недостаткам дизельной подводной лодки, принятой за прототип, являются: ограниченный запас топлива, невозможность длительного движения под водой, большой вес гребных электродвигателей и аккумуляторных батарей, ограниченная автономность и дальность плавания.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией подводной лодки.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик подводного аппарата.
Технический результат обеспечивается тем, что в подводном аппарате, содержащем прочный корпус, легкий корпус, рубку, дизельный двигатель для надводного хода, гребной электродвигатель со станцией управления, связанные через редукторы с гребным винтом, носовой и кормовой аккумуляторные отсеки, в которых размещены аккумуляторные батареи, цистерны главного балласта, дифферентовочные цистерны, системы сжатого воздуха среднего и высокого давления, системы жизнеобеспечения, согласно изобретению ведомый вал главного редуктора соединен механически с одним концом вала гидропневмомотора, второй конец которого соединен с гребным винтом, причем посредством трубопроводов, запорных кранов, кранов переключения переднего и заднего хода гидропневмомотор соединен с передним и задним водозаборниками и с системой сжатого воздуха, среднего давления, причем гидропневмомотор содержит цилиндрический корпус, закрытый передней и задней крышками, разделенный внутренней перегородкой с центральным отверстием и уплотняющими элементами на две камеры: камеру переднего хода и камеру заднего хода, каждая из которых имеет впускной и выпускной штуцеры, внутрь которого вставлен вал, пропущенный в отверстие внутренней перегородки, имеющий пазы для шпонок, на котором закреплены в первой камере ротор переднего хода, а во второй камере ротор заднего хода, причем оба ротора выполнены из набора нескольких дисков, количество которых не ограничено, установленных на шпонках вала один возле другого, прижатых друг к другу своими торцевыми поверхностями и закрепленных с одной стороны стопорным кольцом, а с другой стороны шайбой со сферическими углублениями для шариков, контактирующих с беговыми дорожками, выполненными на внутренних поверхностях передней и задней крышек, кроме того, на торцевой поверхности каждого из дисков ротора переднего хода, обращенной в сторону передней крышки, выполнены наружные каналы прямоугольного сечения, а когда диски прижаты друг к другу, превращающиеся во внутренние каналы, представляющие собой две дуги, каждая из которых равна 1/4 полной окружности, размещенные симметрично друг другу по разные стороны от оси вращения, закрытые наглухо с одной стороны так, что плоскость дна каждого из них лежит на линии диаметра, проходящей через центр вращения по обе стороны от него, a открытая часть каждой дуги соединена с соответствующим прямолинейным каналом такого же сечения, противоположные стенки которого одинаковы по длине и ширине, а также равны по площади, причем оба прямоугольных канала открываются на боковую поверхность диска в противоположные друг от друга стороны, кроме того, на торцевых поверхностях дисков ротора заднего хода, обращенных в сторону передней крышки, выполнены точно такие же каналы, каждый из которых развернут на 180 градусов; относительно каналов ротора переднего хода, причем рабочим телом гидропневмомотора является жидкость или сжатый воздух.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид подводного аппарата;
на фиг.2 - блок-схема силовой установки;
на фиг.3 - кинематическая схема силовой установки;
на фиг.4 - схема соединения гидропневмомотора с гидравлической и пневматической системами;
на фиг.5 - общий вид гидропневмомотора;
на фиг. 6 - вид сверху на гидропневмомотор;
на фиг. 7 - продольный разрез гидропневмомотора;
на фиг.8 - общий вид вала гидропневмомотора;
на фиг.9 - вид сбоку на диск ротора, переднего хода;
на фиг.10 - вид сверху на диск ротора переднего хода;
на фиг. 11 - разрез по АА фиг.10;
на фиг.12 - вид сбоку на диск ротора заднего хода;
на фиг. 13 - вид сверху на диск ротора заднего хода;
на фиг.14 - схема возникновения вращающего момента на диске ротора переднего хода;
на фиг.15 - схема возникновения вращающего момента на диске ротора заднего хода.
Подводный аппарат содержит прочный корпус, легкий корпус 1, рубку 2, дизельный двигатель 3 для надводного хода, гребной электродвигатель 4, соединенные с главным редуктором 5, гребной винт 6, носовые и кормовые аккумуляторные отсеки, в которых размещены аккумуляторные батареи 7, компрессор сжатого воздуха 8, механически соединенный с дизельным двигателем, блок управления 9, связанный с гребным электродвигателем, дизельным двигателем, компрессором, цистерны главного балласта, дифферентовочные цистерны, системы сжатого воздуха среднего и высокого давления, системы жизнеобеспечения, передние 10 и задние 11 горизонтальные рули, вертикальный руль 12. Гребной электродвигатель посредством разобщительной муфты 13 соединен с ведущей шестерней 14 главного редуктора, имеющего корпус 15, входящий в зацепление с ведомой шестерней 16, закрепленной на ведомом валу 17, дизельный двигатель через редуктор переднего и заднего хода, содержащий корпус 18, ведущий вал 19, на котором закреплена ведущая шестерня 20, входящая в зацепление с ведомыми шестернями 21, 22, закрепленными на ведомых валах 23, 24, имеющих разобщительные муфты 25, 26, на заднем конце одного из них закреплена ведущая шестерня 27, входящая во внутреннее зацепление с ведомой шестерней 28, а на заднем конце второго ведомого вала закреплена ведущая шестерня 29, входящая в наружное зацепление с упомянутой ведомой шестерней, закрепленной на ведомом валу 30, имеющем на другом конце ведущую шестерню 31 главного редуктора. Ведомый вал главного редуктора соединен с одним концом вала гидропневмомотора 32, второй конец которого соединен с валом гребного винта. Гидропневмомотор посредством трубопроводов, запорных кранов 33, 34, 35, 36, кранов переключения направления вращения 37, 38 соединен с передним 39 и задним 40 водозаборниками, баллоном-рессивером 41, пневматически соединенным с компрессором. Гидропневмомотор содержит цилиндрический корпус 42, закрытый передней 43 и задней 44 крышками, который внутренней перегородкой 45 с центральным отверстием и уплотнительными элементами 46 разделен на две камеры: камеру прямого хода 47 и камеру заднего хода 48. Обе камеры имеют впускные штуцеры 49 и выпускные штуцеры 50. Вал 51, имеющий продольные пазы 52, вставлен внутрь корпуса и пропущен в отверстие внутренней перегородки, свободные концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек, на котором закреплены ротор прямого хода 53 и ротор заднего хода 54. Оба ротора выполнены из набора нескольких дисков 55, количество которых не ограничено, установленных на шпонках 56 вала один возле другого, прижатых друг к другу своими торцевыми поверхностями и закрепленных с одной стороны шайбой 57, имеющей сферические канавки, в которые вставлены шарики 58, контактирующие с беговыми дорожками 59, выполненными на внутренних поверхностях передней и задней крышек, а с другой стороны стопорными кольцами 60 со штифтами 61. На торцевых поверхностях каждого из дисков ротора прямого хода, обращенных в сторону передней крышки, выполнены наружные каналы прямоугольного сечения, а когда диски прижаты друг к другу, образуются внутренние каналы. Каналы представляют собой две дуги 62, каждая из которых равна 1/4 полной окружности, размещенные симметрично друг другу по разные стороны от оси вращения, закрытые наглухо с одной стороны так, что плоскость дна 63 каждого из них лежит на линии диаметра, проходящей через центр вращения по разные стороны, от него, а открытая часть каждой дуги соединена с соответствующим прямолинейным каналом 64 такого же сечения, противоположные стенки которого одинаковы по длине и ширине, а также равны по площади. Оба прямолинейных канала открываются на боковую поверхность диска в противоположные стороны друг от друга. На торцевых поверхностях дисков ротора обратного хода, обращенных в сторону передней крышки, выполнены точно такие же каналы, каждый из которых развернут на 180 градусов вокруг перпендикуляра, проведенного к оси вращения диска с его боковой поверхности относительно каналов ротора прямого хода. Рабочим телом гидропневмомотора является жидкость или сжатый воздух.
Работает гидропневмомотор следующим образом.
1
2
3
4
5
6
7
8
8
8
При подаче жидкости под давлением во впускной штуцер 49 камеры прямого хода 47 она обтекает ротор прямого хода 53, производит в камере давление на внутренние стенки корпуса 42, на боковые поверхности дисков 55 и на внутренние стенки дуговых 62 и прямолинейных каналов 64, после чего удаляется через выпускной штуцер 50. При этом силы F и F, действующие на наружные боковые поверхности дисков 55, уравновешивают друг друга и вектор их действия проходит через центр вращения (на фиг. 14 показано пунктиром). Силы F и F, действующие на большие сферические поверхности дуговых каналов 62, уравновешивают друг друга как равные по величине и направленные в противоположные стороны. Силы F и F, действующие на малые сферические поверхности дуговых каналов 62, уравновешивают друг друга как равные по величине и направленные в противоположные стороны. Силы F и F, действующие на противоположные стенки прямолинейных каналов 64, уравновешивают друг друга как равные по величине. Силы F, действующие на дно 63 каждого дугового канала 62, ничем не уравновешены, создают вращающийся момент, образованный силой F и плечом l. Вал 51 в этом случае вращается в направлении, показанном на фиг. 14 стрелкой. Для вращения вала 51 в обратном направлении к гидравлической системе подключаются впускной 49 и выпускной 50 штуцеры камеры заднего хода 48. Жидкость, поступающая внутрь камеры заднего хода 48, обтекаетротор заднего хода 54 и через выпускной штуцер 50 удаляется. Она производит такие же давления на указанные выше поверхности, создавая такой же вращающийся момент F х l, но поворачивающий вал 51 в противоположном направлении (фиг.15). Такие же силы и такой же вращающийся момент будет возникать, если вместо жидкости будет использован сжатый воздух. Частота вращения вала и мощность будут зависить от нагрузки на валу гидропневмомотора, давления рабочего тела и скорости его движения.
Работает подводный аппарат следующим образом.
При каждом опускании подводного аппарата на рабочую глубину погружения и его движения передним ходом за счет гребного электродвигателя 4 включается гидропневмомотор 32. Переключатели переднего и заднего хода 37, 38 устанавливаются в положение, показанное на фиг. 4 сплошной линией, запорные краны 33, 34 открываются, и впускной штуцер 49 камеры прямого хода 47 оказывается соединенным с передним водозаборником 39, а выпускной штуцер 50 соединенным с задним водозаборником 40. В этом случае забортная вода со скоростью движения подводного аппарата и под давлением, равным глубине погружения, поступает в передний водозаборник 39 далее через открытый запорный кран 33, кран переключения 38, впускной штуцер 49 входит внутрь камеры прямого хода 47, обтекает ротор прямого хода 53, затем через выпускной штуцер 50 кран переключения 37, открытый запорный кран 34 и задний водозаборник 40 выходит наружу. При этом мощность от гребного электродвигателя 4 через разобщительную муфту 13, находящуюся во включенном состоянии, ведущую шестерню 14, ведомую шестерню 16, через вал 51 гидропневмомотора передается на гребной вал и гребной винт 6. Забортная вода, попав внутрь камеры прямого хода 47, производит давление на дно 63 каждого из дуговых каналов 62 дисков 55 ротора прямого хода 53, создавая дополнительный вращающийся момент, увеличивает скорость движения подводного аппарата и повышает мощность на валу гребного винта 8. Это дает возможность отключить часть аккумуляторных батарей и использовать для движения в подводном положении энергию воды. При движении подводного аппарата задним ходом в подводном положении необходимо золотники кранов переключения направления вращения 37, 38 поставить в положение, показанное на фиг. 4 пунктиром. Движущаяся забортная вода станет поступать в задний водозаборник 40 далее через открытый запорный кран 34, кран переключения 37 во впускной штуцер 49 камеры заднего хода 48 гидропневмомотора 32 и затем через выпускной штуцер 50, кран переключения 38, открытый запорный кран 33 в передний водозаборник 39 и наружу. В этом случае движущаяся забортная вода своим давлением на ротор заднего хода 54 станет создавать дополнительный вращающийся момент на валу гребного винта также, как было описано выше. Дополнительный вращающийся момент может быть создан и при движении подводного аппарата в надводном положении. При движении передним ходом в надводном положении вращающийся момент от дизельного двигателя 3 валом 19 через ведущую шестерню 20, ведомую шестерню 21, ведомый вал 24, включенную разобщительную муфту 25, ведущую шестерню внутреннего зацепления 27, ведомую шестерню 28 и ведомый вал 30 передается на ведущую шестерню 31 главного редуктора 5, ведомую шестерню 16, ведомый вал 17, вал 51 гидропневмомотора 32 и на гребной винт 6. Запорные краны 36 и 33 закрыты, а запорные краны 35, 34 открыты, краны переключения 37, 38 находятся в положении, показанном на фиг. 4 сплошными линиями. Сжатый воздух от компрессора 8 через баллон-рессивер 41 поступает через открытый запорный кран 35, кран переключения 38 во впускной штуцер 49 камеры прямого хода 47, далее через выпускной штуцер 50, кран переключения 37, открытый запорный кран 34 и задний водозаборник 40 через воду в атмосферу. Сжатый воздух создает давление на дно 63 каждого из дуговых каналов 62 дисков 55 и выходит из выпускного штуцера 50, движется через кран переключения 37, открытый запорный кран 34, поступает в задний водозаборник 40 и через воду выходит в атмосферу. Количество и, следовательно, расход сжатого воздуха регулируется запорным краном 34. Сжатый воздух создает, как было описано выше, дополнительный вращающийся момент на валу гребного винта 6.
Для движения задним ходом в надводном положении отключается разобщительная муфта 25 и включается разобщительная муфта 26. Вращающийся момент от дизельного двигателя 3 валом 19 через ведущую шестерню 20, ведомую шестерню 22, ведомый вал 23, включенную разобщительную муфту 26, ведущую шестерню наружного зацепления 29, ведомую шестерню 28 и ведомый вал 30 передается на ведущую шестерню 31 главного редуктора 5, ведомую шестерню 16, ведомый вал 17, вал 51 гидропневмомотора 32 и на гребной винт 6. Запорные краны 35, 34 закрываются, а запорные краны 36, 33 открываются, краны переключения 37, 38 устанавливаются в положение, показанное на фиг. 4 пунктиром. Сжатый воздух из баллона-рессивера 41 поступает через открытый запорный кран 36 во впускной штуцер 49 камеры заднего хода 48, внутрь ее, затем через выпускной штуцер 50, кран переключения 38, открытый запорный кран 33, передний водозаборник 39 и выходит через воду в атмосферу. Расход сжатого воздуха регулируется запорным краном 33. Возникающий дополнительный вращающийся момент прикладывается к гребному винту 6.
Изобретение позволяет повысить скорость движения подводного аппарата в подводном и надводном положениях, уменьшить расход энергии аккумуляторных батарей, увеличить дальность плавания в подводном положении.