Мобильная газогенераторная установка для нелетального противодействия нарушителям границ морских пространств
MOBILE GAS GENERATING UNIT FOR NON-LETHAL COUNTERACTION TO VIOLATORS OF THE BOUNDARIES OF MARITIME SPACES

Область техники
Изобретение относится к оборонительным сооружениям, конкретно к мобильным газогенераторным установкам (ГГУ) для нелетального противодействия нарушителям границ морских пространств (НГМП).
Уровень техники
Известны ГГУ (патенты: SU 214399, US 10323911, RU 106628, RU 2397431, RU 2742903, RU 202572) для нелетального противодействия 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 заявленному изобретению относится «Газогенераторная установка для снижения плавучести и остановки судов - нарушителей морских границ (патент на полезную модель: RU 202572).
Известная мобильная ГГУ (патент: RU 202572) выполнена с возможностью размещения ее на дне моря вдоль охраняемой морской границы. Она содержит водонепроницаемый корпус (ВК) с выводным газовым соплом (ВГС) и гидроакустическим устройством обнаружения (ГУО) НГМП. В полости ВК установлен источник водорода, соединенный по управляющему входу с выходом ГУО.
Недостатками известной мобильной ГГУ (патент: RU 202572) является:
- пониженная скорость движения и увеличенное время вывода газового пузыря ГГУ на поверхность воды, приводящие к необходимости учета момента включения ГГУ от глубины ее погружения и скорости движения НГМП;
- повышенное время взаимной диффузии молекул газового пузыря ГГУ и окружающей пузырь воды из-за медленного движения (доли м/с) газового пузыря к поверхности воды, приводящие к распаду образованного пузыря на мелкие фрагменты, препятствующие созданию эффективных провалов и снижения плотности воды на пути движения НГМП.
В целом указанные недостатки известной мобильной ГГУ (патент: RU 202572) приводят к снижению надежности противодействия нахождению НГМП в морских водах и к повышению угроз НГМП морским и сухопутным объектам государства.
Задачей изобретения является повышение надежности нелетального противодействия НГМП нахождению в морских водах государства и, как следствие, снижение морских угроз государству и его объектам со стороны НГМП.
Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной задачи, является снижение диффузных потерь газовых пузырей и повышение скорости передачи их энергии на НГМП.
Сущность изобретения
Достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи обеспечивается тем, что мобильная ГГУ, выполненная с возможностью размещения ее на дне моря вдоль охраняемой морской границы, содержит водонепроницаемый корпус (ВК) с выводным газовым соплом (ВГС) и гидроакустическим устройством обнаружения (ГУО) НГМП. В полости ВК установлены источник водорода, источник кислорода, смеситель водорода и кислорода, блок управления и блок поджига газовой смеси. Источники водорода и кислорода выполнены в виде баллонов с соответствующим сжатым газом. Указанные источники по газовым выходам соединены через смеситель с входом ВГС, а по управляющим входам с соответствующими сигнальными выходами блока управления, выход которого по сигналу поджига газовой смеси соединен с электроразрядной свечой.
Конструктивными новшествами заявленного ГГУ являются:
- источник кислорода;
- смеситель водорода и кислорода;
- электроразрядная свеча зажигания (ЭСЗ) газовой смеси;
- выполнение источников водорода и кислорода в виде баллонов с соответствующим сжатым газом;
- соединение сигнального выхода ГУО через блок управления (БУ) с управляющими входами ИВК и ЭСЗ.
Введение указанных конструктивных отличий заявленного изобретения от прототипа (патент: RU 202572), как показано ниже в разделе «Раскрытие сущности изобретения», позволяет устранить указанные выше недостатки прототипа (патент: RU 202572), увеличить поражающую энергию пузырей из горючих газов и скорость передачи этой энергии, практически мгновенно создать на пути движения НГМП опасные водные султаны (столбы воды с повышенной кинетической энергией), и последующие водные ямы и провалы плотности воды, окружающие султан. Следствием указанных технических преимуществ изобретения является повышение надежности противодействия НГМП и защиты морских границ государства.
Ссылка на чертежи
Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг. 1 представлена функциональная схема ГГУ с использованием баллонов с водородом и кислородом с давлением до 700 МПа, на фиг. 2-4 рисунки, поясняющий работу ГГУ по высокоскоростному созданию на пути движения НГМП опасных водных султанов, провалов на поверхности водоема, а также опасных для НГМП восходящих и нисходящих потоков воды. На фиг. 2 - представлена форма газового пузыря (ГП) в продольном сечении после выпуска его из ГГУ с давлением Рп≥Рв, где Рв - давление воды на глубине образования ГП. На фиг. 3 - схема горения ГП и образования водяного султана давлением горения Рг≥Рв. На фиг. 4 - схема образования водных ям и втягивающих потоков воды при схлопывании (Рг≤Рв) ГП.
На фиг. (1-4) обозначены:
1 - водонепроницаемый корпус (ВК) газогенераторной установки (ГГУ);
2 - выводное газовое сопло (ВГС);
3 - гидроакустическое устройство обнаружения (ГУО);
4 - источник водорода;
4.1 - баллон со сжатым водородом;
4.2 - вентиль (электромагнитный клапан) вывода водорода;
5 - источник кислорода
5.1- баллон со сжатым кислородом;
5.2 - вентиль (электромагнитный клапан) вывода кислорода;
6 - смеситель водорода и кислорода;
7 - устройство поджига (УП) газовой смеси;
8 - блок управления;
9 - блок обработки сигналов;
10 - устройство вертикальной фиксации (УВФ) ГГУ на дне водоема (стальной стержень игольчатой формы);
11 - газовый пузырь (ГП) - горючая смесь водорода и кислорода;
12 - плазменное образование (ПО) - продукт взрыва ГП 14;
13 - вода, вытесненная на поверхность водоема давлением ГП 14;
14 - водяной султан - столб воды, образованный над поверхностью водоема расширяющимся ПО 15 при взрыве ГП 14;
15 - водная яма - провал воды на поверхности водоема, вызванный схлопыванием плазменного образования 15;
16 - водное и/или подводное судно - нарушитель границ морских пространств (НГМП);
17 - водоем.
Раскрытие сущности изобретения
Согласно фиг. 1-4 мобильная ГГУ для нелетального противодействия НГМП выполнена с возможностью сброса с морского и/или воздушного судна и автоматической фиксации ее в вертикальном положении на дне водоема 17 вдоль охраняемой водной границы. Для этого ГГУ содержит водонепроницаемый корпус (ВК) 1 обтекаемой формы, аэродинамическое оперение (на фигурах не показано) и устройство 10 вертикальной фиксации (УВФ) ГГУ на дне водоема 17. УВФ 10 выполнено в виде стального стержня игольчатой формы, установленного на днище ВК 1. В верхней части ВК 1 снабжен выводным газовым соплом (ВГС) 2 и гидроакустическим устройством обнаружения (ГУО) 3 НГМП. В полости ВК 1 установлены источник 4 водорода, источник 5 кислорода, смеситель 6 водорода и кислорода, а также - блок управления (БУ) 8 и блок 7 поджига (БП) газовой смеси. Источники водорода 4 и кислорода 5 выполнены в виде баллонов 4.1, 5.1 с соответствующим сжатым газом с давлением до 700 Мпа и снабжены управляемыми вентилями (клапанами) 4.2, 5.2 выводами соответствующих газов.
Указанные баллоны 4.1, 5.1 по газовым выходам соединены через соответствующие вентили 4.2, 5.2 со смесителем 6 водорода и кислорода. Выход смесителя соединен с входом ВГС 2. По управляющим входам вентили 4.2, 5.2 соединены с соответствующими сигнальными выходами блока управления (БУ) 8. Выход БУ 8 по сигналу поджига газовой смеси соединен с управляющим входом блока 7 поджига (БП) газовой смеси. В простейшем случае БП 7 может быть выполнен в виде электроразрядной свечи, электродетонатора и/или неодимовой зажигалки, установленных в ВГС 2 (фиг. 1).
Для скрытности работы ГГУ гидроакустическое устройство обнаружения 3 выполнено пассивным в виде пьезоэлектрических приемников шума двигателей НГМП 16. Приемники ГУО 3 выполнены с цифровым выходом. Для одновременного кругового обзора окружающего водного пространства приемники ГУО 3 равномерно распределены по верхнему кольцевому ряду на поверхности цилиндрической части АЭО и соединены с устройством 9 обработки шумовых сигналов (на фигурах не показано). Ниже ГУО 3 параллельно их верхнему ряду могут быть установлены ультразвуковые приемопередающие устройства (ПНУ) 1 сигнальной и командной связи с наземным пунктом управления (ПУ) через беспроводную систему цифровой кодированной связи (на фигурах не показано).
Работа газогенераторной установки
При подходе НГМП 17 к охраняемой ГГУ водной границе пьезоэлектрические приемники его принимают шумы двигателей приближающегося НГМП 19 и преобразуют их в цифровую форму. Оцифрованные шумы с ГУО 3 поступают на блок 9 обработки принятых сигналов. Блок 9 анализирует спектры шумов принятых сигналов от НГМП 20, измеряет их фазовую задержку и скорость ее изменения. На основе указанных измерений шумов блок 9 определяет ориентировочный тип НГМП 16, его остойчивость, скорость и направление его движения. Измеренные данные с блока 9 передаются на блок 8 управления (БУ).
БУ 8 анализирует результаты измерений параметров НГМП 17, определяет необходимый объем газового пузыря (ГП) 11 и момент его поджига и в соответствующие моменты времени на заданное время открывает вентили (электромагнитные клапаны) 4.2 и 5.2. При этом электромагнитные клапаны открываются на время, достаточное для создания в морской воде газового пузыря (ГП) 11 требуемого объема и в соотношении в нем 3:1 масс % водорода и кислорода соответственно. При этом из-за линейного изменения давления воды на пути движения исходящих из сопла 2 газов в водоеме образуется воронкообразный ГП 11, заполненный гремучим газом. Поскольку вода водоема не сжимаема, а Рп≥Рв, где: Рп, Рв давление в газовом пузыре 11 и в водоеме 17 на текущей глубине соответственно, то происходит (фиг. 2) выпучивание 13 воды в водоеме 17 в сторону ее наименьшего сопротивления (на поверхность водоема 17). Без учета взаимной диффузии молекул газового пузыря 11 и окружающей воды объем выпученности 13 на поверхности водоема 17 может быть равным объему ГП 11. Указанное вспучивание может быть достаточным для залива водой палубы низкобортного НГМП 17.
При перехвате крупногабаритного НГМП 16 после образования ГП 11 требуемого объема и создания в нем гремучей смеси с требуемым соотношением блок управления 8 закрывает клапаны 4.2, 5.2 вывода сжатого водорода и кислорода соответствующих источников 4, 5 и выдает на устройство 7 сигнал поджига ГП 11. При этом происходит взрыв гремучего газа ГП 11 и образование в нем плазмы повышенного давления Рг>Рп>Рв. За счет резкого расширения плазмы и повышения давления Рг в воде образуется (фиг. 3) плазменный пузырь (ПП) 12 увеличенных размеров и ударная волна, движущаяся к поверхности воды со скоростью звука. При этом потенциальная энергия гремучего газа переходит в кинетическую энергию движения массы воды в сторону поверхности водоема 17. В результате на пути движения НГМП 16 образуется (фиг. 4) водяной султан 14 - столб воды, окруженный кольцевыми выступами и впадинами, способный затопить водой палубу НГМП 16 повышенного водоизмещения.
Далее после сгорания гремучего газа происходит схлопывание ПП 12 за счет снижения давления в нем. При этом в образованную пустоту устремляются окружающие пузырь 12 воды, образуя потоки и течения воды, направленные в сторону дна водоема 17. В свою очередь эти потоки приводят к снижению остойчивости тяжелых НГМП 16 и при достаточных размерах водных ям способны привести к их опрокидыванию и/или временному затягиванию нисходящими потоками воды на дно водоема.
В результате этого НГМП 16 вынужден заглушить моторы и остановиться. В случае повторного включения моторов и попытки ухода с места остановки, обнаружители 3 ГГУ повторно срабатывают и процесс перехвата НГМП 16 повторяется до окончания в баллонах 5.1, 5.2 соответствующих сжатых газов или при получении БУ 8 через соответствующий модем ультразвуковой связи внешней команды «отбой перехвата» (на фигурах не показано).
Промышленная применимость
ГГУ 1 разработана на уровне технического предложения и экспресс-оценки эффективности ее применения против морских объектов (кораблей, судов), которые могут создать угрозу национальным интересам без ограничения по водоизмещению нарушителей, несущих значительную угрозу объектам двойного назначения при несанкционированном проникновении их в территориальные и внутренние морские воды государства.