Подводный буксируемый аппарат

 

Использование: подводные океанографические исследования. Сущность изобретения: подводный аппарат содержит корпус с расширяющимися кверху бортами и плоским кормовым срезом. В области задней кромки лопастей вертикального хвостового стабилизатора в их верхней части и/или сверху в кормовой зоне корпуса установлены интерцепторы. 4 ил.

Изобретение относится к морской технике, в частности к подводным аппаратам, несущим приборы для обследования грунта и толщи воды, поиска затонувших устройств, разведки полезных ископаемых, экологических исследований, картографирования грунта и т. п. Цель изобретения повышение стабильности хода аппарата по дифференту и крену при вертикальных колебаниях аппарата, вызванных качкой судна-буксировщика с одновременным расширением диапазона скоростей буксировки в сторону малых скоростей. Поставленная цель достигается тем, что подводный буксируемый аппарат содержит тяжелый удлиненный корпус, хвостовое оперение с разнесенными по сторонам корпуса лопастями и узел крепления гибкой связи сверху корпуса в его средней части. При этом корпус выполнен расширяющимся кверху с плоским кормовым срезом, а лопасти хвостового оперения установлены с наклоном к диаметральной плоскости аппарата, соответствующим расширению корпуса. Сверху в области задней кромки лопастей и/или в кормовой зоне корпуса установлены интерцепторы. На фиг. 1 изображен подводный буксируемый аппарат, вид сбоку; на фиг. 2 вид спереди; на фиг. 3 вид сверху; на фиг. 4 представлена схема действия внешних сил на подводный аппарат. Подводный буксируемый аппарат содержит тяжелый удлиненный корпус 1, выполненный расширяющимся кверху с плоским кормовым срезом 2, узел крепления 3 гибкой связи 4 расположен сверху корпуса 1 в его средней части. При этом конец гибкой связи 4 заделан внутри поворотного диска 5, вращающегося относительно поперечной оси, закрепленной внутри утолщенной наделки. В носовой и кормовой частях корпуса 1 закреплены балансировочные грузы 7 и 8 для статической балансировки аппарата. Благодаря указанному расположению узла крепления 3 гибкой связи 4, грузов 7 и 8, а также соответствующему размещению блоков аппаратуры 9 и 10 внутри корпуса 1 обеспечивается расположение точки буксировки "0" на одной вертикали с центром отрицательной плавучести аппарата С_оп, а также центром масс С_м (с учетом воздействия инерции воды при возможных вертикальных перемещениях аппарата). Стабилизирующее хвостовое оперение аппарата состоит из двух лопастей 11, разнесенных по сторонам корпуса 1 и установленных с наклоном ϕ к диаметральной плоскости аппарата, соответствующим расширению корпуса 1. Указанные лопасти 11 закреплены на трубчатых консолях 12, прикрепленных в свою очередь к стенкам корпуса 1 в его кормовой зоне. В той же кормовой зоне в верхней части лопастей 11 на их внутренних поверхностях в области задних кромок установлены интерцепторы уголки 14, а на корпусе 1 интерцептор щиток 13, не выступающий за кормовой срез 2 корпуса 1. Указанные интерцепторы ("прерыватели") служат для управления потоком и создания необходимой для балансировки аппарата гидродинамической силы. При достаточной ширине корпуса 1 можно обойтись без уголков 14 и ограничиться щитком 13. В принципе возможны другие конструктивные варианты управляющих интерцепторов 13, 14. В отсутствие качки судна-буксировщика в процессе буксировки подводного аппарата на него набегает встречный поток с постоянной горизонтальной скоростью vo (фиг. 4). Возникающая при этом сила лобового сопротивления корпуса 1Х_к, линия действия которой отстоит от точки буксировки О (в центре оси поворота диска 5) на высоту h_x, создает момент кабрирования, стремящийся дифферентовать аппарат на нос. Однако, под воздействием набегающего потока на щитке 13, установленном сверху корпуса 1 в его кормовой зоне, возникает направленная вниз сила Υ_кк, на плече l_n момент, противодействующий кабрированию корпуса 1. Одновременно в верхней части лопастей 11, благодаря установленным уголкам 14, возникают нормальные к лопасти силы N_л, вертикальные проекции которых Υ_лсоздают дополнительный момент, который совместно с моментом силы Υ_кк на корпусе 1 полностью компенсирует кабрирующий момент силы сопротивления Х_к. В результате этого взаимодействия аппарат буксируется с нулевым углом дифферента. Внешние силы, воздействующие на аппарат Х_к, Р, 2Υ_л,Υ_кк, суммируясь, на плече уравновешиваются силой реакции гибкой связи 4, приложенной в точке буксировки "0" и мало отклоненной от вертикали в случае тяжелого корпуса 1. В случае небольших отклонений аппарата по дифференту возникает восстанавливающий момент силы отрицательной плавучести Р приложенной ниже точки буксировки О и стабилизирующего действия наклонных лопастей 11 оперения, горизонтальные проекции которых АВ'С'D играют роль горизонтальных стабилизаторов аппарата. При этом благодаря тому, что удлиненный корпус 1 аппарата выполнен с плоским срезом 2, создающим разрежение, центр давления С_D корпуса 1 значительно (по сравнению с корпусами, имеющими суживающуюся корму) сдвинут назад от носа к середине корпуса 1. Поэтому для обеспечения необходимой статической устойчивости аппарата требуется горизонтальный стабилизатор меньшей эффективности, т. е. небольшая площадь горизонтальной проекции лопастей 11 и, следовательно, небольшой угол ϕ отклонения лопастей 11 оперения от диаметральной плоскости. При отклонениях аппарата по курсу вновь проявляется стабилизирующее действие наклонных лопастей 11, вертикальные проекции которых ВВ'С'С играют роль вертикальных стабилизаторов аппарата. Возможные отклонения аппарата по крену компенсируются восстанавливающим моментом отрицательной плавучести Р. В условиях волнения моря и качки судна-буксировщика возмущения, распространяющиеся вдоль оси гибкой связи 4 от судна к аппарату, достигают последнего и вызывают его перемещения преимущественно в направлении силы Т (практически по вертикали). Переменные скорости (± v_y) и ускорения таких перемещений, в свою очередь, приводят к появлению дополнительных переменных динамических нагрузок на аппарат, приложенных как к корпусу (циркуляционные составляющие вязкостного происхождения ±ΔΥ_ц, приложенные в центре давления C_D, и инерционные составляющие ±ΔΥ_и, приложенные в центре масс С_м и к лопастям 11 хвостового оперения (суммарная нагрузка на лопасти ±2ΔΥ_л). Тем не менее, как показывает практика, и в динамике сохраняются условия балансировки моментов внешних сил и стабильности углов дифферента, крена и курса аппарата в очень широком диапазоне переменных углов атаки набегающего потока (±α). Это можно объяснить тем, что, с одной стороны, благодаря плоскому кормовому срезу 2 удлиненного корпуса 1 центр приложения динамической циркуляционной составляющей нагрузки ΔΥ_ц (центр давления С_D) приближен к вертикали ОС_м, проходящей через точку буксировки О, а центр инерционной нагрузки корпуса ΔΥ_и лежит на этой вертикали. С другой стороны, благодаря небольшому углу наклона ϕ лопастей стабилизатора относительно диаметральной плоскости горизонтальная проекция лопасти, играющая роль горизонтального стабилизатора, также небольшая и, следовательно, переменная нагрузка на лопасти 2 ΔΥ_л также невелика. В дополнение к этому переменный угол атаки α корпуса 10, трансформируясь к действительному углу атаки лопасти 11, уменьшается пропорционально синусу угла наклона лопасти 11. Тем самым действительные критические углы атаки лопастей 11 (порядка 12^о-15^о), при которых утрачиваются стабилизирующие свойства оперения, соответствуют диапазону углов атаки корпуса 1 ± (58^о-72^о), если угол ϕ 12^о. Такие большие предельные углы атаки стабилизатора не могут быть обеспечены никакой иной конструкцией хвостового оперения. Все это обеспечивает стабильность хода аппарата по дифференту. Расширяющийся кверху корпус 1 вместе с лопастями 11 хвостового оперения, установленными с наклоном к диаметральной плоскости аппарата, соответствующим расширению корпуса 1, обеспечивают стабильность аппарата по крену при вертикальной качке как в фазе подъема, так, в особенности, в фазе опускания. В последнем случае натяжение гибкой связи 4 падает, и свободно опускающийся аппарат стабилизируется в потоке тем, что вследствие расширения корпуса 1 кверху и развода верхних концов лопастей 11 по отношению к нижним создается определенный флюгирующий эффект относительно центра масс аппарата. Таким образом при эксплуатации аппарата может быть повышена допускаемая степень волнения при заданном диапазоне скоростей буксировки или расширен диапазон допускаемых скоростей буксировки в сторону малых скоростей при заданном волнении моря.

Формула изобретения

ПОДВОДНЫЙ БУКСИРУЕМЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус, в средней части которого на внешней верхней его поверхности расположен узел крепления для гибкой связи, а хвостовое оперение выполнено двухкилевым с плоскими килями, расположенными с зазором относительно боковых отводов корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем повышения стабильности хода по дифференту и крену при вертикальных колебаниях аппарата, корпус выполнен расширяющимся кверху и с плоским вертикальным кормовым срезом, в верхней части которого и/или задней кромки килей хвостового оперения установлены интерцепторы, при этом каждый упомянутый киль установлен с наклоном к диаметральной плоскости корпуса под углом, соответствующим углу наклона боковой поверхности корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4