Подводное техническое средство

 

Использование: судостроение. Сущность изобретения: подводное техническое средство имеет корпус, двигательно-движительный комплекс, по крайней мере одну балластную цистерну, гидродинамические несущие плоскости и рули. Энергетическая установка оснащена накопителем тепловой энергии, соединенным с преобразователем состояния рабочего тела, используемого в системе изменения плавучести. Преобразователь с одной стороны соединен через трубопровод с балластной цистерной, а с другой - с емкостью-хранилищем рабочего тела. Рабочее тело для системы изменения плавучести таково, что оно переходит в состояние хранения при температуре и давлении заборной воды, что существенно упрощает систему изменения плавучести. 3 з. п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания подводных технических средств повышенной скрытности с увеличенной автономностью и дальностью плавления.

Известно подводное техническое средство, содержащее корпус, энергетическую установку, движительный комплекс, по крайней мере одну балластную цистерну, соединенную с емкостью хранилищем рабочего тела, и гидродинамические несущие плоскости и рули (см. патент США N 4577583, кл. B 63 G 8/00, 1986), которое выбрано в качестве наиболее близкого аналога изобретения.

К основным недостаткам подводного технического средства с точки зрения эффективности использования бортовых запасов энергии и рабочего тела (в системе изменения плавучести) можно отнести следующее.

При ограниченности бортового запаса сжатого воздуха он имеет открытую балластную систему, т.е. воздух, отработавший на стадии продувки балласта (в нижней части траектории), каждый раз выбрасывается за пределы системы (в верхней части траектории). Выброс отработанного сжатого воздуха приводит к возникновению нежелательных оптических и акустических следов.

Для повышения энерговооруженности традиционных автономных подводных технических средств используются химические и ядерные источники энергии. Для них характерны большие потери энергии в процессе преобразования энергии топлива, кроме того, часть тепла, выделяемого энергетической установкой, бесполезно рассеивается в окружающее пространство.

Энерговооруженность аналога невелика и количество рассеиваемого тепла весьма незначительно, однако принципиальным недостатком как аналога, так и всех традиционных автономных подводных аппаратов является то, что их энергетический баланс вообще не предполагает механизма преобразования рассеиваемого тепла в движущую силу. Это приводит к потере значительной части энергии топлива, снижению автономности и дальности плавания, и что немаловажно для специальных аппаратов, к появлению в окружающей среде теплового следа.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных выше недостатков аналога путем преобразования тепла, рассеиваемого энергетической установкой подводного объекта, в дополнительную движущую силу и как следствие этого, увеличения автономности и дальности плавания.

Он достигается тем, что в известном подводном техническом средстве энергетическая установка дополнительно снабжена накопителем рассеиваемой тепловой энергии и соединенным с ним преобразователем состояния рабочего тела, имеющим по крайней мере один теплообменник, соединенный с забортной водой, при этом преобразователь состояния рабочего тела соединен через трубопроводы с балластной цистерной и с емкостью-хранилищем рабочего тела, преимущественно жидкой углекислоты или жидкого аммиака.

Кроме того, емкость-хранилище рабочего тела размещена внутри преобразователя состояния рабочего тела, который соединен с балластной цистерной через упругий элемент, преимущественно, поршень.

Кроме того, балластные цистерны размещены в полости гидродинамических несущих полостей.

Кроме того, гидродинамические несущие плоскости выполнены в виде единого дискообразного тела с крыльевидным поперечным сечением, а корпус подводного технического средства полностью размещен в полости этого дискообразного тела.

На фиг.1 изображено подводное техническое средство по п.1 формулы изобретения; на фиг.2 то же, по п.2 формулы изобретения; на фиг.3 то же, по п.3 формулы изобретения.

Подводное техническое средство, преимущественно подводная лодка, имеет удлиненный корпус 1, к которому прикреплена несущая гидродинамическая плоскость 2, и органы управления 3. Внутри корпуса или непосредственно в несущей гидродинамической плоскости размещается балластная цистерна 4, соединенная через трубопроводы или иным способом с преобразователем состояния рабочего тела 5, имеющим хотя бы один теплообменник 6, омываемый забортной водой. Преобразователь 5 соединен через трубопровод с хранилищем рабочего тела 7 или содержит рабочее тело внутри себя, а с другой стороны он соединен, например, через трубопровод (как это показано на фиг.1) с накопителем тепловой энергии 8, получающим ее от энергетической установки 9, которая, в свою очередь, соединена с двигателем 10. В кормовой части корпуса 1 размещается движитель 11, например винт, приводимый в движение двигателем 10.

Для упрощения описания процессов, происходящих в системах подводного технического средства (ПТС), описание функционирования приводится в последовательности, соответствующей ситуации, при которой ПТС располагается на поверхности или движется на глубине.

Функционирование подводного технического средства происходит следующим образом.

В течение некоторого периода времени, если в накопителе 8 нет запаса тепловой энергии, ПТС перемещается при помощи движителя 11, приводимого двигателем 10. При этом работает энергетическая установка 9. В накопителе 8 аккумулируется рассеиваемая установкой 9 тепловая энергия. По достижении достаточного уровня запаса теплоты ПТС готов к переходу в планирующий режим движения. Движитель 10 отключают от энергетической установки 9. ПТС переходит в режим планирования, для чего органы управления 3 принимают соответствующее положение на погружение, одновременно в балластную цистерну 4 принимают забортную воду ПТЦ приобретает отрицательную плавучесть и начинает планировать по нисходящей ветви траектории.

При достижении ПТС некоторой глубины наиболее H_max с помощью преобразователя состояния рабочего тела 5 путем передачи аккумулированного в накопителе 8 тепла рабочему телу, переданному в преобразователь 5 по трубопроводу или изначально находящемуся в нем, сообщается тепловая энергия, накопленная за период работы энергетической установки 9. Происходит разогрев рабочего тела и изменение его состояния, например испарение или термическое расширение. Расширяясь, рабочее тело непосредственно или через упругий передаточный элемент, например поршень, вытесняет находящуюся в балластной цистерне 4 воду, вследствие чего происходит увеличение плавучести ПТС. В момент, когда ПТС имеет нулевую плавучесть, возможна либо посадка ПТС на грунт, либо зависание его без хода, либо включение энергетической установки 9 и двигателя 10, для продолжения движения ПТС как подводной лодки при помощи движителя 11, либо продолжение планирования.

В последнем случае органы управления 3 перекладываются в положение на всплытие, рабочему телу из накопителя тепловой энергии 8 дополнительно сообщается тепла. При этом возобновляется процесс вытеснения воды из балластной цистерны 4 ПТС приобретает положительную плавучесть и процесс его планирования продолжается по восходящей ветви траектории.

В процессе всплытия вследствие падения забортного давления и/или теплоотдачи в окружающую среду рабочее тело возвращается в состояние хранения. При этом составляющая после совершения работы тепловая энергия рабочего тела отбирается от него с помощью теплообменника 6, омываемого набегающим потоком забортной воды. Сокращаясь, рабочее тело под давлением забортной воды либо перетекает в емкость-хранилище 7, либо, оставаясь в преобразователе рабочего тела 5, занимает в нем минимальный объем под непосредственным воздействием разделительного элемента 12 фиг. 2. На подходе к верхней точке восходящей ветви траектории H_min плавучесть ПТС вновь приближается к нулю. В этой ситуации возможно несколько вариантов продолжения движения: ПТС переходит либо в режим зависания, либо в режим электродвижения, либо продолжает движение в режиме планирования. В последнем случае повторяется порядок действий, описанный выше.

Формула изобретения

1. Подводное техническое средство, преимущественно подводная лодка, содержащее корпус, энергетическую установку, движительный комплекс, по крайней мере одну балластную цистерну, соединенную с емкостью-хранилищем рабочего тела, и гидродинамические несущие плоскости и рули, отличающееся тем, что энергетическая установка дополнительно снабжена накопителем рассеиваемой тепловой энергии и соединенным с ним преобразователем состояния рабочего тела, имеющим по крайней мере один теплообменник, соединенный с забортной водой, при этом преобразователь состояния рабочего тела соединен через трубопроводы с балластной цистерной и с емкостью-хранилищем рабочего тела, преимущественно жидкой углекислоты или жидкого аммиака.

2. Средство по п.1, отличающееся тем, что емкость-хранилище рабочего тела размещена внутри преобразователя состояния рабочего тела, который соединен с балластной цистерной через упругий элемент, преимущественно поршень.

3. Средство по п.1, отличающееся тем, что балластные цистерны размещены в полости гидродинамических несущих плоскостей.

4. Средство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что гидродинамические несущие плоскости выполнены в виде единого дискообразного тела с крыльевидным поперечным сечением, а его корпус полностью размещен в полости этого дискообразного тела.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3