Газогенераторная установка для снижения плавучести и остановки судов - нарушителей границ морских пространств

Область техники. Полезная модель (ПМ) относится к оборонительным сооружениям, конкретно к газогенераторным установкам (ГГУ) для снижения плавучести и остановки судов - нарушителей границ морских пространств (НГМП). ПМ может быть использована для нелетального противодействия НГМП нахождению в морских водах государства и для ликвидации возможных опасностей от НГПМ для морских объектов и угроз государству.
Уровень техники
Известны ГГУ /SU 214399, US 10323911, RU 106628, RU 2397431/ для снижения плавучести и остановки судов - нарушителей границ морских пространств (НГМП). Указанные средства основаны на изменении плотности воды в непосредственной близости от объекта - НГМП, типа судна и корабля. Результатом снижения плотности воды является снижение плавучести судна, замедление его движения и предотвращение негативного воздействия, т.е. остановка судна в безопасном для человека состоянии. При этом степень безопасности для человека прямо зависит от быстроты прекращения негативного воздействия на морской объект, который подлежит защите.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленной ПМ относится газогенераторная установка (ГГУ), известная из /RU 2397431/ и выполненная с возможностью снижения плавучести и остановки судов - нарушителей границ морских пространств (НГМП).
Известная ГГУ /RU 2397431/ выполнена с возможностью размещения ее на дне моря вдоль охраняемой морской границы и содержит водонепроницаемый корпус.В корпусе установлены автономный источник питания, а также соединенные с ним по электропитанию - гидроакустическое устройство обнаружения (ГУО) НГМП, приемопередающее устройство (ППУ), блок декодирования (БДК), твердотельный газогенератор (ТВГ), выпускной клапан сопла, причем ТВГ соединен по входным сигналам управления газогенерацией через БДК с ППУ. При этом ППУ выполнено аналоговым и снабжено кабельными линиями связи для соединения по командам управления с наземным пунктом управления (НПУ). ГГУ выполнен в виде твердотельного химического или термохимического газогенератора, баллонов со сжатым газом, а также форсунок, соединенных воздуховодными шлангами высокого давления с береговыми компрессорами НПУ. При этом химические и термохимические газогенераторы выполнены одноразового действия с фиксированной мощностью.
Недостатками известного ГГУ /RU 2397431/ защиты территориальных является:
- пониженная мобильность, связанная с наличием трубопроводных и кабельных линий связи с НПУ и наземными компрессорами;
- увеличенное время и пониженная скрытность ее развертывания, связанные с необходимостью прокладки трубопроводных и кабельных линий связи на дне моря с НПУ до ГГУ;
- повышенные энергетические затраты и трудность снижения плавучести и остановки судов - нарушителей границ морских пространств (НГМП), связанные с фиксированным объемом газогенерирующего вещества и отсутствием оперативного управления мощностью газовой струи ГГУ.
В целом указанные недостатки известного ГГУ /RU 2397431/ приводят к снижению надежности противодействия нахождению НГМП в морских водах государства и к возможным угрозам его морским и сухопутным объектам.
Задачей полезной модели является повышение надежности нелетального противодействия НГМП нахождению в морских водах государства и, как следствие, снижение возможных опасностей для морских объектов и угроз государству со стороны НГМП.
Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной задачи, является повышение надежности снижения плавучести и остановки судов - нарушителей границ морских пространств (НГМП).
Сущность полезной модели
Достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи обеспечивается тем, что газогенераторная установка (ГГУ) для снижения плавучести и остановки судов - нарушителей границ морских пространств (НГМП) выполнена с возможностью размещения ее на дне моря вдоль охраняемой морской границы. ГГУ содержит водонепроницаемый корпус.В корпусе установлены автономный источник питания, а также соединенные с ним по электропитанию - гидроакустическое устройство обнаружения (ГУО) НГМП, приемопередающее устройство (ППУ), блок декодирования (БДК), твердотельный газогенератор (ТВГ), выпускной клапан сопла. ППУ выполнено с возможностью подключения линии связи с наземным пунктом управления (НПУ).
Конструктивными новшествами заявленной полезной модели являются:
- выполнение ГГУ мобильным и с возможностью оперативного управления мощностью и количеством газовых выбросов для снижения плотности воды на пути движения НГМП в зависимости от его габаритов и скорости движения;
- выполнение корпуса ГГУ сборно-разборным и дополнительная установка в нем не менее двух ТВГ;
- соединение ТВГ по запальному входу с соответствующими управляющими выходами блока декодирования;
- соединение газогенерирующих выходов ТВГ через сумматор газовых потоков и через выпускной клапан с соплом ГГУ;
- снабжение ГУО не менее чем тремя ультразвуковыми устройствами обнаружения (УУО) НГМП;
- установка УУО и ППУ на внешней стороне аэродинамического оперения (АЭО) корпуса ГГУ;
- соединение УУО по сигналам обнаружения с приемным входом ППУ;
- снабжение корпуса ГГУ средствами вертикальной фиксации (СВФ) ее на дне водоема;
- выполнение СВФ в виде стальной иглы (стержня игольчатой формы), установленной в нижней части корпуса ГГУ;
- установка АЭО в верхней части корпуса ГГУ.
Введение указанных конструктивных отличий заявленной полезной мсодели от прототипа /RU 2397431/, как показано ниже в разделе «Раскрытие сущности полезной модели», позволяет устранить указанные выше недостатки прототипа /RU 2397431/ и, как следствие, достичь заявленного технического результата, заключающегося в повышении надежности снижения плавучести и остановки судов - нарушителей границ морских пространств (НГМП).
Ссылка на чертежи.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 представлена функциональная схема ГГУ 1, на фиг.2 - рисунок, поясняющий конструкцию ГГУ 1 и компоновку ее элементов, на фиг.3 - рисунок, поясняющий работу ГГУ путем снижения плавучести нарушителей НГМП.
На фиг.1-3 обозначены:
1 - газогенераторная установка (ГГУ) снижения плавучести судов- нарушителей 2 границ морских пространств (НГМП);
1.1- водонепроницаемый корпус ГГУ 1;
1.2 - автономный источник питания;
1.3 - приемопередающее устройство (ППУ) ультразвуковых сигналов;
1.4 - блок декодирования (БДК);
1.5 - твердотельный газогенератор (ТВГ);
1.6 - маршевый ТВГ;
1.7 - сумматор газовых потоков;
1.8 - выпускное сопло;
1.9 - ультразвуковое устройство обнаружения (УУО) нарушителей водных границ (НВГ);
1.10- устройство вертикальной фиксации (УВФ) ГГУ на дне водоема (стальной стержень игольчатой формы);
1.11 - аэродинамическое оперение (АЭО) корпуса ГГУ;
1.12 - выпускной клапан;
2 - водное и/или подводное судно - нарушитель границ морских пространств (НГМП);
3 - водоем;
4 - охраняемая водная граница;
5 - беспроводная система кодированной связи (СКС):
5.1 - ультразвуковая водная линия связи;
5.2 - радиочастотная воздушная линия цифровой связи;
5.3 - модем ультразвуковой связи;
5.4 - модем радиосвязи;
5.5 - плавающая радиоантенна (антенна, снабженная поплавком и многожильным кабелем связи);
6 - наземный пункт управления (НПУ) защитой границ;
6.1 - спутниковая антенна (информационный вход) НПУ 6;
6.2 - приемопередающая спутниковая антенна (управляющий выход) НПУ 6;
7 - система предупреждения нарушения (СПН) водных границ.
Раскрытие сущности полезной модели
Согласно фиг.1-3 газогенераторная установка (ГГУ) 1 для снижения плавучести и остановки судов - нарушителей 2 границ морских пространств (НГМП) выполнена мобильной и с возможностью размещения ее на дне водоема 3 вдоль охраняемой водной границы 4. ГГУ 1 содержит водонепроницаемый сборно-разборный корпус 1.1 обтекаемой формы. Внутри корпуса 1.1 ГГУ 1 установлен автономный источник 1.2 питания, а также последовательно установленные и технологически связанные блок 1.4 декодирования (БДК), блок твердотельных газогенераторов (ТВГ) 1.5, сумматор газовых потоков, выпускной клапан 1.12 и ускорительное сопло 1.8. При этом БДК 1.4 соединен по входу с выходом ППУ 3, а по выходу - с запальными входами твердотельных газогенераторов (ТВГ) 1.5. Каждый ТВГ 1.5 выполнен в виде генератора азота или водорода. Корпус ТВГ 1.5 выполнен в форме малогабаритных сменных капсул, снабженных газогенерирующим веществом и пиропатроном с электрическим поджигом. В качестве таких капсул могут быть использованы газогенерирующие капсулы для надува подушек безопасности, спасательных жилетов и воздушного метания спасательных средств из подводного положения. ТВГ 1.5 равномерно распределены по внешней поверхности сумматора 1.7 газовых потоков. Сумматор 1.7 выполнен в виде цилиндрической трубы с боковыми отверстиями, снабженными прорывными мембранами и штуцерами для подключения газовых выходов ТВГ 1.5 к полости сумматора 1.7. С нижней торцевой стороны трубы сумматора 1.7 установлен маршевый ТВГ 1.6, а с верхней - выпускное сопло 1.7, снабженное клапаном 1.12 с пневматическим управлением от БСК 1.4 (на фигурах не показано). С нижней стороны корпуса 1.1 установлено устройство вертикальной фиксации (УВФ) ГГУ 1 на дне водоема, выполненное в виде стального стержня 1.10 игольчатой формы. В верхней части корпуса 1.1 установлено аэродинамическое оперение (АЭО) 1.11. На внешней поверхности указанного АЭО 1.11 установлено гидроакустическое устройство обнаружения (ГУО) нарушителей водных границ (НВГ), включающее не менее четырех ультразвуковых устройств 1.9 обнаружения (УУО). Для скрытности работы каждое УУО 1.9 обнаружения выполнено пассивным в виде пьезоэлектрических приемников шума двигателей НГМП 2. Приемники УУО 1.9 выполнены с цифровым выходом. Для одновременного кругового обзора окружающего водного пространства указанные УОО 1.9 равномерно распределены по верхнему кольцевому ряду на поверхности цилиндрической части АЭО 1.11. Ниже УОО 19 параллельно их верхнему ряду установлены ультразвуковые приемопередающие устройства (ППУ) 1.3 сигнальной и командной связи с НПУ 6 через беспроводную систему 5 цифровой кодированной связи (СКС). ППУ 1.3 ГГУ 1 выполнен с возможностью подключения к беспроводной системе кодированной связи (СКС) 5 с наземным пунктом 6 управления (НПУ).
Беспроводная СКС 5 содержит ультразвуковые водные 5.1 и/или радиочастотные воздушные 5.2 линии цифровой связи. Ультразвуковая водная линия 5.1 содержит модемы 5.3 ультразвуковой связи, установленных на концах линия 5.1. Радиочастотная воздушная линия 5.2 цифровой связи содержит радиомодемы 5.4, установленные на концах линии 5.2.
Комбинированная линия (5.1+5.2) связи дополнительно содержит плавающую радиоантенну 5.2, снабженную поплавком и многожильным связным кабелем, для соединения между собой газогенерирующих установок (ГГУ) 1 и наземного пункта управления (НПУ) 6 последовательными или параллельными линиями воздушной 5.2 и водной 5.1 связи.
НПУ 6 выполнен мобильным и содержит автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, снабженное электронно-вычислительной машиной (ЭВМ) и пультом управления, спутниковую антенну 6.2 связи для получения координатной информации от СПН 7 о нарушителях границ морских пространств (НГМП), а также приемопередающую антенну 6.3 для целераспределения ГГУ 1, управления их мощностью и моментом газогенерации в зависимости от массогабаритных характеристик и скорости движения.
СПН 7 содержит радиолокационные, инфракрасные, оптические средства обнаружения и/или радиотехнической разведки, размещенные вдоль береговой линии территориальных и внутренних морских вод или на космических аппаратах.
Работа газогенераторной установки
Работа газогенераторной установки (ГГУ) 1 основана на снижении плотности воды путем ее газификации. Согласно теории водоплавания и /RU 2397431/ уменьшая плотность воды на пути движения судна, можно снизить его плавучесть. Основным условием снижения плавучести судов в воде с пониженной плотностью является создание количества газа под днищем судна, достаточное для его опрокидывания или смещения на нем грузов, приводящих к остановке судна или замедлению его движения путем погружения относительно первоначального состояния.
Требуемое количество газа для перехвата НГМП 2 зависит от глубины расположения ГГУ 1, скорости и направления подводных течений, от массогабаритных характеристик и скорости движения НГМП 2.
С учетом этого для повышения надежности снижения плавучести и остановки НГМП 2 и, как следствие, защиты от НГМП 2 территориальных и внутренних морских вод необходимо учитывать указанные факторы и оперативно (в масштабе реального времени) менять газогенерирующую мощность на ГГУ 1, расположенному на пути движения НГМП 2 с конкретной плавучестью.
На фиг.3 приведен пример использования ГГУ 1 для защиты территориальных и внутренних морских вод с использованием комбинированной системы беспроводной связи и управления ГГУ 1, расположенными на дне водоема 3 вдоль охраняемой водной границы 4 на заданном расстоянии от его берегов.
Согласно фиг.3 оператор АРМ мобильного НПУ 6 через спутниковую антенну 6.2 получает данные от СПН 7 о движущихся НГМП 2 в сторону охраняемых водных границ 4.
При получении этих данных НПУ 6 выезжает на берег водоема 3 в ожидаемую точку встречи с НГМП 2 и боевой расчет приступает к развертыванию системы защиты водных границ 4. При этом вертолетная группа НПУ 6 (на фигурах не показано) подвешивает к вертолету блок кассет с ГГУ 1. Нагруженный вертолет вылетает на формируемую водную границу и двигаясь вдоль нее на заданной высоте и на заданном расстоянии от берегов водоема 3 последовательно и с заданной временной задержкой сбрасывает ГГУ 1 в воду. При этом за счет обтекаемой формы корпуса 1.1 и аэродинамического оперения ГГУ 1 уходит вертикально в воду, стальным стержнем 1.10 игольчатой формы проникает в грунт водоема и жестко фиксируется в нем в вертикальном положении и ориентированным выходным концом ускорительного сопла 1.8 в сторону поверхности водоема. При этом на дне водоема 3 формируется охраняемая водная граница 4 с равномерно распределенными вдоль нее ГГУ 1.
Одновременно связная группа НПУ 6 (на фигурах не показано) приступает к развертыванию беспроводной системы 5 связи. При этом на дно водоема 1 в непосредственной близости от берега и напротив каждой ГГУ 1 устанавливают последовательно соединенные ультразвуковой модем 5.3 и радиомодем 5.4, снабженный плавающей радиоантенной. При этом формируется комбинированная система 5 беспроводной связи между ГГУ 1 и НПУ 6, включающая последовательно соединенные линии 5.2 воздушной радиосвязи и линии 5.1 ультразвуковой водной связи. Повышение быстродействия и надежности беспроводной системы 5 связи возможно путем параллельного подключения к водной 5.1 линии связи дублирующей воздушной линии 5.2 связи. Для этого перед установкой ГГУ 1 в подвесные кассеты вертолета к его ППУ 1.3 подключают радиомодем 5.4, снабженный выкидными связным кабелем и плавающей радиоантенной 5.5 цифровой связи (на фигурах не показано).
После установки ГГУ 1 на охраняемой водной границе 4 и развертывания беспроводной системы 5 связи включают аппаратуру НПУ 6, и оператор АРМ НПУ 6 проводит контроль функционирования и настройку системы защиты водной границы 4 от НГМП 2.
При этом с АРМ 1 на ГГУ 1 выдаются через систему связи 5 контрольные сигналы опроса аппаратуры ГГУ 1. По наличию ответных сигналов ЭВМ АРМ 6.1 фиксирует исправность ГГУ 1, а по временной и фазовой задержке ответных сигналов и угловому направлению их ответа определяет местоположение ГГУ 1 на дне водоема 3 и вычисляет их точные пространственные координаты, методом триангуляции и/или разностно-дальномерным методом. Данные измерений вносятся в память ЭВМ для расчета мощности и размеров газовой струи, выходящей на водную поверхность от каждого ГГУ 1, для снижения плотности воды, достаточной для снижения остойчивости известных видов НГМП 2.
Далее при подходе НГМП 2 к охраняемой водной границе 4 пьезоэлектрические приемники УУО 1.9 всех ГГУ 1, расположенных вдоль охраняемой границы 1, одновременно принимают шумы двигателей приближающегося НМГ 2 и преобразуют их в цифровую форму. Оцифрованные шумы через соответствующие ППУ 1.3 и через беспроводную систему 5 кодированной связи (СКС) передаются на ЭВМ АРМ НПУ 6. Указанная ЭВМ анализирует спектры шумов принятых сигналов от НВГ 2, и измеряет их фазовую задержку и скорость ее изменения. На основе указанных измерений шумов и известных значениях координат приемников шума УУО 1.9 всех ГГУ 1, расположенных вдоль охраняемой границы 1, ЭВМ АРМ 6.1 определяет ориентировочный тип НГМП 2, его остойчивость, скорость и направление движения.
Одновременно на указанную ЭВМ через антенну 6.2 с СПН 7 поступает координатная информация и характеристики НГМП 2, включая массогабаритные параметры, грубые пространственные координаты, скорость, направление движения и степень их опасности.
ЭВМ АРМ сравнивает полученные данные от собственных пассивных средств обнаружения и данных внешней разведки СПН 7, уточняет результаты измерений и производит целераспределение ГГУ 1 по приближающимся НГМП 2.
При этом на каждый НГМП 2 выделяется до трех ГГУ 1, находящихся на пути движения нарушителя. После целераспределения ЭВМ АРМ 6.1 рассчитывает требуемую мощность излучения и размеры газовой струи ГГУ 1, необходимой для снижения остойчивости и перехвата НГМП 2. По результатам расчета ЭВМ выдает через соответствую беспроводную линию связи СКС 5 на БДК 1.4 ГГУ 1 разрешение на генерацию требуемого количества ТВГ 1.5. При входе НГМП 2 в зону снижения его остойчивости приемники УУО 1.9 фиксируют факт изменения доплеровской частоты шумов НГМП 2 и через ППУ 1.3 передают сигнал о входе НГМП 2 в зону перехвата на БДК 1.4. Имея разрешение на газогенерацию и сигнала о входе НГМП 2 в зону перехвата БДК 1.4 подает электрический сигнал на поджиг разрешенного количество ТВГ 1.5. При возгорании газогенерирующего вещества в корпусе ТВГ 1.5 повышается давление газа и прорывает выходную мембрану ТВГ 1.5 (на фигурах не показано). Далее газ из горящих ТВГ 1.5 проникает в сумматор 7. В сумматор 7 газовые потоки горящих ТВГ 1.5 складываются, набирают необходимый объем и мощность. Далее поток высокотемпературных (500-700 °С) газов через открытый клапан 1.12 и сопло 1.8 выбрасывается под днище НГМП 2. За счет газогенерации, вскипания воды, образования пара в воде под днищем НГМП 2 снижается плотность воды, приводящая к крену судна, смещению его грузов. В этих условиях рулевой судна - НГМП 2 вынужден останавливать судно во избежание его затопления и гибели экипажа.
После отражения НГМП 2 и отсутствии внешних угроз ГГУ 1 переходит в дежурное состояние или свертывается и переводится в место постоянной дислокации. В обеих случаях отработавшие ТВГ 1.5 в ГГУ 1 заменяются на новые. Для этого ремонтная бригада с помощью судовых подъемников зацепляют силовым тросом ГГУ 1 за его аэродинамическое оперение 1.11, выдергивают из земли водоема и поднимают на борт ремонтного судна. Далее корпус 1.1 ГГУ разбирают и заменяют отработавшие ТВГ 1.5 на новые.
Промышленная применимость
ГГУ 1 разработана на уровне технического предложения и экспресс-оценки эффективности ее применения против морских объектов (кораблей, судов), которые могут создать угрозу нашим национальным интересам без ограничения по водоизмещению нарушителей, несущих значительную угрозу объектам двойного назначения при несанкционированном проникновения их в территориальные и внутренние морские воды государства.
Экспресс-оценка показывает, что морские объекты (корабли, суда) в подавляющем большинстве случаев имеют запас плавучести в пределах 30% от водоизмещающего объема и снижение плотности воды на 15-25%% создает значительную угрозу потопления объекта нарушителя. Дальнейшее снижение плотности воды на 25-40%% (при условии не прекращения противоправных действий нарушителя) способно создать условия затопления НГМП 2. Отдельные НГМП 2, например, плавающая техника десантных кораблей, имеют запас плавучести не более 10%. Это требует значительно меньших объемов газогенерирующих веществ на ГГУ 1 для создания необходимых воздействий на НГМП 2.
Однако некоторые НГМП 2 с увеличенными массогабаритными характеристиками обладают повышенным запасом плавучести (более 30%), но ограниченной маневренностью. Это способствует эффективному применению предлагаемого ГГУ 1 для их перехвата на основе регулируемой газификации водной среды и создания провалов плотности воды на пути движения нарушителя.
Такие провалы особенно опасны для НГПМ 2 водоизмещением до 1 тыс.тонн. Объекты большего водоизмещения маловероятно, хотя не исключено, что тоже могут приблизиться к границе территориальных вод государства. Нарушители, как правило, используют объекты не большого (до 1 тыс.тонн) водоизмещения.
Корабль, идущий со скоростью 30 узлов, попавший в зону пониженной плотности воды, вызванной приведением в действие ГГУ 1, получит значительные смещения механизмов и оборудования.
Смещение недостаточно закрепленного груза вынуждает экипаж НГМП 2 отказаться от дальнейшего движения в чужих водах.
Использование предлагаемой ГГС 1 для защиты водных границ на основе газификации водной среды не приводит к летальному к исходу для НГМП 2, а именно сохраняет его корпус и движительные способности, а также предотвращает гибель экипажа НГМП (при условии прекращения противоправных действий).
В связи с этим положительным качеством ГГУ 1 можно эффективно использовать против военных кораблей - нарушителей границ не только в военное, но и в мирное время, а также - для задержания гражданских судов, нарушающих рыболовное и другие международные законодательства, не вызывая международных конфликтов и не создавая угроз жизни человека на море.
Дополнительными преимуществами заявленной ГГУ 1 по сравнению с известными газогенерирующими установками являются:
- повышенная мобильность и оперативность развертывания ГГУ 1, связанные со сборно-разборной конструкцией корпуса 1.1, выполнением его обтекаемой формы с возможностью легкого выдергивания ГГУ 1 со дна водоема, повторного использования и замены сгоревших ТВГ 1.3;
- повышенная вероятность перехвата НГМП 2 и пониженные затраты энергии на указанный перехват, связанные с возможностью управления выходной мощностью ГГУ 1 и снабжением ее средствами жесткой вертикальной фиксации на дне водоема 1.
В целом указанные конструктивные особенности ГГУ 1 и связанные с ними новые свойства приводят к повышению повышение надежности снижения плавучести и остановки НГМП 2 и, как следствие, - к повышению надежности защиты территориальных и внутренних морских вод Российской Федерации.