Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для всплытия подводной лодки в ледовых условиях

Изобретение относится к области судостроения и морских сооружений и предназначено для применения при создании и эксплуатации подводных лодок, плавающих в арктических районах.

Плавание в ледовых условиях предъявляет повышенные требования к обеспечению безопасности подводной лодки в случаях аварии (например, при возникновении пожара или поступления воды в отсеки) или в другой экстренной ситуации, требующей всплытия на поверхность. В ледовых условиях необходимо преодолеть трудности всплытия подводной лодки на поверхность моря, возникающие из-за необходимости преодоления (форсирования) сплошного арктического льда значимой толщины (более 1 м). Разрушение ледяного поля производится, как правило, ограждением выдвижных устройств всплывающей подводной лодки путем непосредственного силового контакта с ледяным полем. В существующей практике эксплуатации подводных лодок с целью снижения контактного усилия при ударе о лед уменьшают скорость всплытия подводной лодки, но при этом увеличивается время всплытия, что недопустимо в случаях тяжелой аварии, например пожара. Другим путем решения задачи является установка контактных устройств на ограждение выдвижных устройств подводной лодки для демпфирования контактного усилия, что позволит увеличить скорость и уменьшить время всплытия и повысит его безопасность.

Известно устройство для форсирования ледяного поля всплывающей подводной лодкой при экстренном всплытия во льдах (патент GB 2212452 «Способ и устройство для местного разрушения льда в холодном море», МПК В63В 35/08, Е02В 15/02, опубл. 16.02.1988). Это изобретение выбрано в качестве прототипа.

Указанное устройство для осуществления заявленного способа разрушения льда характеризуется тем, что подводная лодка имеет надстройку на корпусе (например, ограждение выдвижных устройств), которая снабжена выступом, приспособленным для контакта с поверхностью ледяного поля и передачи вертикального упора на нижнюю поверхность ледяного поля через калиброванную контактную поверхность. Данное устройство дает возможность после всплытия подводной лодки и достижения контакта с поверхностью ледяного поля (приледнения) создать перпендикулярный упор в поверхность ледяного поля от указанного выступа так, чтобы изогнуть поверхность ледяного поля, с последующим увеличением упора и изгиба до момента разрушения льда. Выступ выполнен в форме стационарной или выдвижной мачты, снабжен домкратом, оборудован телескопической системой.

Недостатком указанного устройства является жесткий контакт с поверхностью ледяного поля при ударе контактной поверхности выступа - мачты о нижнюю поверхность ледяного поля. Данное обстоятельство вынуждает снижать скорость всплытия подводной лодки, а также возникает большая вероятность поломки выдвинутой мачты при изгибе от неизбежных горизонтальных и угловых смещений подводной лодки в процессе внедрения мачты в нижнюю поверхность ледяного поля.

Таким образом, прототип не обеспечивает безопасный контакт ограждения выдвижных устройств с нижней поверхностью ледяного поля при аварийном всплытии подводной лодки и не гарантирует разрушения льда при форсировании поверхности ледяного поля значимой толщины (более 1 м) в силу возможной поломки мачты.

В процессе проведенных информационных исследований не выявлены другие устройства для всплытия подводной лодки в ледовых условиях, позволяющие обеспечить безопасный контакт с поверхностью ледяного поля, а также быстрое всплытие на поверхность подводной лодки при гарантированной безопасности в случае аварии или для использования подводной лодки по назначению.

Задачей заявляемого технического решения является создание новой конструкции - устройства для всплытия подводной лодки в ледовых условиях, обеспечивающего безопасный контакт с поверхностью ледяного поля, что сделает возможным быстрое всплытие подводной лодки с гарантией безопасности при контакте со льдом как в случае аварии, так и для использования подводной лодки по назначению.

Таким образом, технический результат изобретения заключается в повышении скорости всплытия подводной лодки без опасения жесткого удара о лед в результате уменьшения усилий от воздействия льда на подводную лодку и увеличения толщины проламываемого льда (1 м и более).

Для достижения указанного технического результата предлагается устройство для всплытия подводной лодки в ледовых условиях, состоящее из выдвижного выступа для форсирования ледяного поля и привода этого выступа. Для размещения выдвижного выступа используется ниша в верхней части подводной лодки (например, в ограждении выдвижных устройств). Выдвижной выступ выполнен в виде, по меньшей мере, одной пары щитов, закрывающих нишу. Щиты выполнены с возможностью их подъема с образованием треугольной призмы. После подъема щитов призма зафиксирована от дальнейшего раскрытия с помощью замочного соединения и готова к контакту с ледяным полем. Привод для раскрытия пар щитов и удержания их в положении для контакта с поверхностью ледяного поля выполнен в виде, по меньшей мере, одной эластичной емкости, размещенной в нише, которая расширяется и давит на щиты за счет подачи в нее сжатого воздуха. При этом замочное соединение не препятствует складыванию щитов вглубь ниши, что дает амортизирующий эффект при ударе щитов о ледяное поле за счет упругого опирания щитов на эластичную емкость, находящуюся под давлением сжатого воздуха. Для этого эластичная емкость соединена с системой сжатого воздуха и снабжена клапаном стравливания для выпуска воздуха и снятия излишнего давления. Объем эластичной емкости, заполненной воздухом, соответствует величине избыточной плавучести подводной лодки, обеспечивающей всплытие подводной лодки с заданной вертикальной скоростью.

Предпочтительным является вариант, в котором ниша устройства для всплытия подводной лодки в ледовых условиях выполнена вертикально ориентированной и размещена симметрично относительно диаметральной плоскости подводной лодки.

Удобен для эксплуатации также вариант, в котором эластичная емкость, входящая в устройство для всплытия подводной лодки в ледовых условиях, выполнена складной и съемной.

Удобным для эксплуатации является также вариант, в котором устройство для всплытия подводной лодки в ледовых условиях снабжено эластичной емкостью, соединенной с системой сжатого воздуха посредством разъемного соединения (на чертеже не показано).

Новизна заявляемого технического решения по отношению к прототипу и достижение заявленного технического результата заключаются в том, что удар подводной лодки о поверхность ледяного поля существенно смягчается амортизирующим действием упруго деформирующихся эластичных емкостей, на которые опирается пара щитов, входящая в контакт со льдом своей общей гранью, образованной соединением их кромок. При этом всплытие подводной лодки осуществляют за счет плавучести продуваемых эластичных емкостей. Последующий изгиб ледяного поля до его разрушения производят увеличением упора треугольной призмы, образованной парой щитов, за счет увеличения плавучести удалением воды из цистерн подводной лодки. При этом обеспечивают как безостановочное всплытие подводной лодки с заданной скоростью без опасения жесткого удара о поверхность ледяного поля, так и обеспечение прочности элементов ограждения выдвижных устройств при приледнении и разрушении ледяного поля.

Совокупность перечисленных отличительных признаков от наиболее близкого аналога достаточна для исключения недостатков наиболее близкого аналога и достижения указанного технического результата.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показан продольный разрез фрагмента корпуса подводной лодки с ограждением выдвижных устройств в обычном состоянии подледного плавания, где в нише показаны эластичные емкости в сложенном положении (не заполненные воздухом);

на фиг. 2 показан поперечный разрез ниши подводной лодки при всплытии, где в нише показаны эластичные емкости в сложенном положении (не заполненные воздухом);

на фиг. 3 показан продольный разрез ниши, где эластичные емкости заполнены воздухом и выполняют роль привода для пары щитов;

на фиг. 4 показан поперечный разрез ниши подводной лодки при всплытии, где эластичные емкости заполнены воздухом и выполняют роль привода для пары щитов.

На фиг. 1 и 2 показаны ограждение выдвижных устройств 1 и ниша 2 в поперечном и продольном разрезах в обычном положении подледного плавания подводной лодки. Ниша 2, ограниченная дном 3 и бортами 4 (например, ходовой мостик подводной лодки), находится в верхней части ограждения выдвижных устройств 1 и симметрична относительно диаметральной плоскости подводной лодки. Над нишей 2 расположена, по меньшей мере, одна пара (т.е. симметрично с обоих бортов) щитов 5, которые обычно закрыты при плавании подводной лодки в подводном положении. Внутри ниши 2 под парой щитов 5 размещены эластичные емкости 6 в сложенном положении, закрепленные за дно 3 и борта 4 ниши 2. Каждая эластичная емкость 6 подсоединена разъемным соединением к трубопроводу 7 системы сжатого воздуха подводной лодки через клапан продувания 8 и имеет также клапан стравливания давления 9. Пара щитов 5 опирается на шарнирные соединения 10 и имеет замочные соединения 11 на кромках 12 пары щитов 5 для стопорения (сторону открывания) пары щитов 5 в положении, раскрытом до угла, соответствующего взаимной состыковке кромок 12. Эластичные емкости 6 выполнены съемными и установлены на нише 2 ограждения выдвижных устройств 1 подводной лодки перед выходом в море в случае планирования плавания подводной лодки в подледных условиях.

Работа устройства при всплытии подводной лодки в ледовых условиях (показана на фиг. 3 и 4).

В исходном положении подледного плавания пара щитов 5 ниши 2 в ограждении выдвижных устройств 1 закрыты. Эластичные емкости 6 закреплены за дно 3 и борта 4 ниши 2 и находятся в сложенном положении (см. фиг. 1 и 2). При необходимости всплытия подводной лодки открывают клапаны продувания 8, и сжатый воздух поступает в эластичные емкости 6. Эластичные емкости 6 расправляются, и, увеличивая объем, заполняют пространство ниши 2, упираясь по мере расширения в пару щитов 5, создавая усилие и момент относительно шарнирных соединений 10 на раскрытие пары щитов 5. При раскрытии пары щитов 5 до угла, соответствующего взаимной состыковке кромок 12 пары щитов 5, замочные соединения 11 входят в зацепление и препятствуют дальнейшему раскрытию пары щитов 5 (см. фиг. 3 и 4). В раскрытом состоянии соединенные кромки 12 пары щитов 5 образуют треугольную призму с гранью, обращенной к поверхности ледяного поля 13. Заданное давление в эластичных емкостях 6 относительно забортного давления поддерживается за счет работы клапанов стравливания 9, срабатывающих при превышении разности давлений в эластичных емкостях 6 и забортного давления выше заданной (в зависимости от текущей глубины погружения подводной лодки в процессе всплытия). После раскрытия пары щитов 5 до фиксации соединения кромок 12 пары щитов 5, подачу воздуха в эластичные емкости 6 прекращают, закрывая клапаны продувания 8, клапаны стравливания 9 закрывают после достижения контакта гранью призмы, образованной парой щитов 5 с поверхностью ледяного поля 13. В полностью продутом состоянии эластичные емкости 6 создают величину плавучести подводной лодки, обеспечивающую заданную скорость всплытия. В момент контакта гранью призмы, образованной парой щитов 5 с поверхностью ледяного поля 13 удар амортизируется упругой деформацией эластичных емкостей 6, на которые опираются пара щитов 5. В дальнейшем увеличивают (за счет осушения цистерн подводной лодки) упор гранью призмы, образованной парой щитов 5 в поверхность ледяного поля 13 с целью его изгибного разрушения, при этом податливость эластичных емкостей 6 на нарастающий упор не влияет, поскольку клапаны стравливания 9 остаются в закрытом положении, и давление в эластичных емкостях 6 не снижается.

После завершения форсирования ледяного покрова и всплытия подводной лодки открывают клапаны стравливания 9 и выпускают воздух из эластичных емкостей 6, которые переходят в сложенное положение, как показано на фиг. 2. Пара щитов 5 после этого опускается в походное положение для надводного плавания.

Таким образом, в результате использования заявляемого устройства для всплытия подводной лодки в ледовых условиях обеспечивается безопасный контакт с поверхностью ледяного поля, что обеспечивает быстрое всплытие на поверхность подводной лодки при гарантированной безопасности в случае аварии или для использования подводной лодки по назначению.