Воздушная система турбонасосной установки гидравлического торпедного аппарата

Изобретение относится к области торпедного оружия, в частности к системам пуска торпед или подводных ракет из торпедных аппаратов. Воздушная система турбонасосной установки гидравлического торпедного аппарата включает воздушную турбину, основной баллон сжатого воздуха, выход которого подсоединен к турбине через регулятор, и дополнительный баллон сжатого воздуха, выход которого подсоединен к турбине через дополнительный клапан, а также систему управления работой дополнительного клапана и регулятора, системы наполнения воздухом основного и дополнительного баллонов. Реализация изобретения позволяет снизить шумы при выстреле торпеды или подводной ракеты из торпедного аппарата за счет оптимизации режима работы турбонасосной установки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области торпедного оружия, точнее к системам пуска торпед или подводных ракет из торпедных аппаратов.

Выпуск торпед из гидравлических торпедных аппаратов осуществляется путем подачи воды под давлением в трубу торпедного аппарата, в частности посредством работы воздушной турбины. Ее энергообеспечением достигается необходимая скорость выхода торпеды. При этом величина давления воды в торпедном аппарате ограничивается механической прочностью собственно торпеды.

Специфической особенностью работы турбины в этом случае является нестационарность, то есть постоянное изменение расхода воды и ее давления. Обороты рабочего колеса турбины изменяются от нуля до максимальных значений, необходимых для формирования необходимого силового импульса.

При пуске торпеды необходимо обеспечить такой характер набора оборотов турбины, чтобы область максимальных значений кпд турбины совпадала с областью ее максимальных оборотов. Такой режим набора оборотов турбины позволяет уменьшить величину потерь энергии в турбине, снизив тем самым энергетические затраты на выпуск и, как следствие, акустическую заметность пуска.

Известны системы пуска подводного оружия из гидравлических торпедных аппаратов с использованием воздушной турбины.

В патенте США №6502528, дата публикации 7.01.03 описана пусковая установка, в которой выпуск торпеды осуществляется путем подачи воды под давлением в трубу торпедного аппарата посредством работы турбонасоса под действием пороховых газов или находящегося под давлением воздуха.

В патенте США №6595098, дата публикации 22.07.03, МПК F 41 F 3/04, выпуск торпеды также осуществляется посредством работы воздушной турбины, работающей от сжатого воздуха.

В технических решениях по патентам 6502528 и 6595098 не предусматривается специальных мер по снижению акустических шумов при выпуске торпеды за счет оптимизации работы турбонасосной установки.

Известна воздушная система турбонасосной установки гидравлического торпедного аппарата, описанная в статье "Комплексы торпедного оружия для ДЭПЛ", Судостроение за рубежом, 1989, №2, с.20. Система содержит воздушную турбину, основной баллон сжатого воздуха, выход которого подсоединен к турбине через регулятор сечения питающей турбину магистрали воздуха. Настройка системы применительно к различным условиям стрельбы производится за счет изменения параметров воздушного регулятора. Однако данной подстройки недостаточно, чтобы обеспечить оптимальный режим работы турбонасосной установки и тем самым снизить шумы при выпуске торпеды из аппарата.

Заявляемое изобретение решает задачу снижения шумов при выстреле торпеды или подводной ракеты из торпедного аппарата за счет оптимизации режима работы турбонасосной установки.

Воздушная система турбонасосной установки гидравлического торпедного аппарата включает воздушную турбину, основной баллон сжатого воздуха, выход которого подсоединен к турбине через регулятор, дополнительный баллон сжатого воздуха, выход которого подсоединен к турбине через дополнительный клапан, систему управления работой дополнительного клапана и регулятора, системы наполнения воздухом основного и дополнительного баллонов.

Включение в систему дополнительного - форсажного баллона сжатого воздуха, подсоединенного к турбине через дополнительный клапан, позволяет подать в начале работы системы импульс высокого давления. После быстрого вброса сравнительно небольшого объема воздуха некоторое время давление слабо меняется. При этом обеспечивается быстрый набор начальных оборотов турбины и предварительный разгон торпеды при постоянной частоте вращения турбины.

Для гидравлического торпедного аппарата с турбонасосом регулятор сечения целесообразно выполнять двухступенчатым и дискретным.

Система управления работой регулятора и дополнительного клапана выполнена с возможностью в начале работы срабатывания дополнительного клапана для подачи воздуха на воздушную турбину из дополнительного баллона воздушной системы и последующего срабатывания регулятора для подачи воздуха на воздушную турбину из основного баллона через два дискретно увеличивающихся сечения.

Другой пример работы системы управления работой регулятора и дополнительного клапана предусматривает работу с возможностью одновременной подачи воздуха на воздушную турбину через малое сечение регулятора из основного баллона и из дополнительного баллона.

Разница между этими примерами заключается в том, что наполнение основного и дополнительного баллонов осуществляется единой системой наполнения, а дискретное увеличение проходного сечения магистрали подачи воздуха на турбину происходит только один раз.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена обобщенная схема системы. На фиг.2 показан график необходимого изменения массового расхода воздуха, подающегося в турбину. На фиг.3 представлен один вариант выполнения системы, на фиг 4 - другой вариант выполнения системы.

Воздушная система турбонасосной установки гидравлического торпедного аппарата (фиг.1), включает воздушную турбину 1, основной баллон 2 сжатого воздуха, регулятор 3, дополнительный баллон 4 сжатого воздуха, выход которого подсоединен к турбине через дополнительный клапан 5, систему управления 6 работой регулятора 3 и дополнительного клапана 5, системы 7 наполнения воздухом основного баллона 2 и дополнительного баллона 4.

Схематически система работает следующим образом. Перед выпуском торпеды с помощью систем 7 наполнения воздухом наполняются сжатым воздухом основной баллон 2 и дополнительный баллон 4, играющий роль форсажного баллона, поэтому имеющий объем, существенно меньший, чем основной баллон 2. При пуске оружия сначала открывается дополнительный клапан 5 и в турбину 1 быстро поступает воздух из дополнительного баллона 4. После падения в нем давления до определенного значения срабатывает регулятор 3 и воздух из основного баллона 2 поступает на турбину 1.

На фиг.2 показан временной график изменения расхода воздуха, подаваемого на вход турбины. Если бы дополнительного баллона 4 не было, то давление воздуха изменялось бы по кривой 110. Воздух из дополнительного (форсажного) баллона 4 позволяет быстро поднять давление на входе турбины 1 (кривая 111) и тем самым обеспечить быстрый набор ее оборотов. За счет работы регулятора 3 возможно поддержание на некотором этапе практически постоянного давления (участок 112 кривой) с последующим скачкообразным увеличением расхода, что позволяет оптимизировать работу турбины, уменьшить суммарный расход воздуха и снизить шум пуска торпеды.

При данной системе обеспечивается быстрый разгон торпеды или подводной ракеты при обеспечении малой шумности.

Более подробно воздушная система турбонасосной установки гидравлического торпедного аппарата приведена на фиг.3.

Система (фиг.3) также содержит воздушную турбину 1, основной баллон 2 сжатого воздуха, регулятор 3, дополнительный баллон 4 сжатого воздуха, дополнительный клапан 5, систему управления 6 работой регулятора 3 и дополнительного клапана 5, системы 7 наполнения воздухом основного баллона 2 и дополнительного баллона 4.

Турбина содержит сопловую коробку 8, лопатки 9 рабочего колеса, вал 10, кинематически связанный с непоказанным на чертеже водяным насосом. Регулятор 3 содержит отсечной клапан 13, клапан 14 большого сечения f₁, дроссели 15 и 17, баллон замедлитель 16.

Система управления включает отсекатель 19 основного баллона 2, отсекатель 18 дополнительного баллона 4, блокировочную коробку 20, перепускной клапан 21. Система наполнения 7 воздухом основного баллона 2 содержит клапан 11, а система наполнения 7 дополнительного баллона 4 содержит клапан 12.

Система работает следующим образом. В исходном положении, показанном на фиг.3, отсечной клапан 13 и дополнительный клапан 5 закрыты. Клапаны наполнения воздухом 11 и 12 баллонов 2 и 4 также закрыты. При заполнении воздушной системы турбонасосной установки сначала открывается клапан 11 и из корабельной системы 7 наполнения воздухом (не показаны) сжатый воздух подается в основной баллон 2. При достижении определенного давления в баллоне 2 взводится отсекатель 19, чем разблокируется работа отсечного клапана 13. Давление в основном баллоне 2 набирается до штатного значения.

Затем наполняется дополнительный баллон 4, для чего необходимо открыть клапан 12. При определенном давлении взводится отсекатель 18. Давление из управляющей полости u₁ отсечного клапана 13 вентилируется в атмосферу, а управляющая полость u₀ дополнительного клапана 5 сообщается с перепускным клапаном 21 и через него вентилируется в атмосферу. Давление в дополнительном баллоне 4 достигает штатного значения.

При открывании передней крышки торпедного аппарата (не показан) открывается блокировочная коробка 20, и воздух из основного баллона 2 поступит к перепускному клапану 21. При пуске торпеды перепускной клапан 21 открывают и воздух через взведенный отсекатель 18 поступает в управляющую полость u₀ дополнительного клапана 5, что вызывает его срабатывание. Воздух из дополнительного баллона 4 поступает в сопловую коробку 8 и на лопатки 9 турбины 1. Вал 10 начинает вращаться и связанный с ним насос будет нагнетать воду в торпедный аппарат (не показан), начинается пуск торпеды.

По мере расхода воздуха в дополнительном баллоне 4 давление воздуха падает. При достижении регулируемого пружиной отсекателя 18 давления срабатывает отсекатель 18. Воздух из основного баллона 2 через блокировочную коробку 20, перепускной клапан 21 и отсекатель 18 поступит в управляющую полость u₁ отсечного клапана 13, который откроется и воздух из основного баллона 2 поступит в сопловую коробку 8 турбины 1 через дроссель 17 с сечением f₀ регулятора 3. Одновременно через дроссель f₂ воздух поступает в баллон-замедлитель 16 и управляющую полость u₃ клапана 14. При. достижении регулируемого его пружиной давления клапан 14 откроется на максимальное сечение f₁.

Когда давление в основном баллоне достигнет значения давления отсечки регулируемого пружиной клапана 19 он вернется в исходное положение. Воздух из основного баллона 2 поступит в управляющую полость из отсечного клапана 13. Подача воздуха в сопловой аппарат 8 турбины 1 прекратится.

При работе известных систем реализуется кривая 110 расхода воздуха на пуск изделия. В описанном варианте системы реализуется кривая 111 (фиг.2) массового расхода воздуха. Таким образом сначала воздух в сопловую коробку 8 турбины 1 подается из дополнительного баллона 4 и достаточно быстро возрастает. Затем закон подачи воздуха на выстрел обеспечивается двухрежимным регулятором 3.

Другой, схемно более простой, пример выполнения системы приведен на фиг.4. В данном примере в начале работы системы воздух в сопловую коробку 8 подается одновременно через малое сечение регулятора 3 из основного баллона 2 и из дополнительного баллона 4.

Система (фиг.4) также содержит воздушную турбину 1, основной баллон 2 сжатого воздуха, регулятор 3, дополнительный баллон 4 сжатого воздуха, дополнительный клапан 5, систему управления 6 работой регулятора 3 и дополнительного клапана 5, систему 7 наполнения воздухом основного баллона 2 и дополнительного баллона 4.

Турбина содержит сопловую коробку 8, лопатки 9 рабочего колеса, вал 10, кинематически связанный с непоказанным на чертеже насосом. 7 Регулятор 3 содержит клапан 14 большого сечения f₁, дроссель 22 сечением f₀.

Система управления 6 включает отсекатель 19 основного баллона 2, отсекатель 18 дополнительного баллона 4, блокировочную коробку 20, перепускной клапан 21 и дроссель 23. Система 7 наполнения воздухом основного баллона 2 и дополнительного баллона 4 содержит клапан 11.

Данный пример системы работает следующим образом.

Наполнение основного баллона 2 и дополнительного баллона 4 осуществляется путем открывания клапана 11, воздух в дополнительный баллон 4 поступает через дроссель 22 сечением f₀. Управляющая полость u₁ клапана 13 через перепускной клапан 21 связана с атмосферой. В его управляющей полости u₂ давление будет уравниваться с основным баллоном 2. Управляющая полость u₀ дополнительного клапана 5 также вентилируется в атмосферу через дроссель 23.

При достижении определенного, регулируемого пружиной отсекателя 18 в дополнительном баллоне 4 давления отсекатель 18 взводится. При этом управляющие полости u₀ и u₁ будут вентилироваться в атмосферу.

При достижении в основном баллоне 2 давления, определяемого пружиной отсекателя 19, он взводится. Полость u₂ клапана 14 будет вентилироваться через отсекатель 19.

При открывании передней крышки торпедного аппарата (не показан) открывается блокировочная коробка 20 и воздух поступит к перепускному клапану 21. При пуске торпеды перепускной клапан 21 открывают и воздух через открытый отсекатель 18 поступает в управляющую полость u₀ дополнительного клапана 5, что вызывает его срабатывание. Воздух в сопловую коробку 8 турбины 1 одновременно подается из дополнительного баллона 4 и в небольшом количестве через сечение f₀ дросселя 22 из основного баллона 2. При достижении в дополнительном баллоне 4 давления отсечки срабатывает отсекатель 18. Воздух из основного баллона 2 через блокировочную коробку 20, перепускной клапан 21 и отсекатель 18 поступает в управляющую полость u₁ клапана 14, что приведет к его открытию (большое сечение f₁) и увеличению массового расхода воздуха из основного баллона 2. Одновременно из управляющей полости дополнительного клапана 5 воздух стравливается в атмосферу через дроссель 23, что приведет к закрытию дополнительного клапана 5.

При падении давления в основном баллоне 2 до давления отсечки срабатывает отсекатель 19 (возвращается в исходное положение). Поступление воздуха из основного баллона 2 через отсекатель 19 в управляющую полость из клапана 14 обеспечит его закрытие и прекращение подачи воздуха в сопловую коробку 8 турбины 1.

1. Воздушная система турбонасосной установки гидравлического торпедного аппарата, включающая воздушную турбину, основной баллон сжатого воздуха, выход которого подсоединен к турбине через регулятор, дополнительный баллон сжатого воздуха, выход которого подсоединен к турбине через дополнительный клапан, систему управления работой регулятора и дополнительного клапана, системы наполнения воздухом основного и дополнительного баллонов.

2. Воздушная система по п.1, отличающаяся тем, что регулятор выполнен, по меньшей мере, с двумя ступенями регулировки.

3. Воздушная система по п.1, отличающаяся тем, что система управления работой регулятора и дополнительного клапана выполнена с возможностью в начале пуска срабатывания дополнительного клапана для подачи воздуха на воздушную турбину из дополнительного баллона воздушной системы и последующего срабатывания регулятора для подачи воздуха на воздушную турбину из основного баллона.

4. Воздушная система по п.1, отличающаяся тем, что система управления работой регулятора и дополнительного клапана выполнена с возможностью одновременной подачи воздуха на воздушную турбину из дополнительного баллона и основного баллона.