Аварийно-сигнальный радиобуй

Изобретение относится к средствам оповещения об аварии, которые подводная лодка выбрасывает из глубины, а надводный корабль, судно сбрасывает за борт для передачи через систему глобальной спутниковой связи по системе КОСПАС-САРСАТ краткого кодированного сообщения. Аварийно-спасательный радиобуй содержит нейтрализатор волнового момента, который выполнен в виде двух взаимно-перпендикулярных вытянутых в вертикальном направлении пластин, длиной не менее половины осадки и шириной, не менее диаметра верхнего прочного цилиндрического корпуса. В нижней части вертикальных пластин устанавливается конический демпфер-нейтрализатор вертикальных волновых сил. Архитектурная форма и взаимное расположение центра масс и плавучести аварийно-спасательного радиобуя обеспечивают ему необходимую остойчивость и ограниченную вертикальную и угловую качку. Радиобуй снабжен гальваническими элементами, соединенными в батарею, способную создавать в морской воде ЭДС для питания аварийного радиопередатчика и маяка. Достигается повышение надежности передачи аварийного сигнала на морском волнении. 4 ил.

 

Предлагаемый аварийно-сигнальный радиобуй (АСРБ) принадлежит к средствам оповещения об аварии, которые подводная лодка выбрасывает из глубины, а надводный корабль, судно сбрасывает за борт для передачи через систему глобальной спутниковой связи по системе КОСПАС-САРСАТ краткого кодированного сообщения.

Особенность предлагаемого технического решения в том, что архитектурная форма и взаимное расположение центра масс и плавучести этого АСРБ обеспечивают ему необходимую остойчивость и ограниченную вертикальную и угловую качку, чем способствует повышению надежности передачи аварийного сигнала на морском волнении. Кроме того, предлагаемое техническое решение содержит источник электрохимической энергии, работающий в морской воде.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является АСРБ подводной лодки по патенту РФ №2287450 - прототип [1]. Он имеет целый ряд положительных свойств:

- его вертикально вытянутая форма и небольшой диаметр обеспечивают удобство размещения на ПЛ в специальном или в штатном контейнере и небольшое сопротивление при всплытии;

- он состоит из двух цилиндрических частей: верхней прочной, в которой размещается вся радиоаппаратура, и нижней, заполняемой водой, что позволяет центр плавучести иметь на середине непроницаемой части, а в самой нижней, проницаемой части разместить твердый балласт и этим обеспечить необходимую остойчивость.

- нижняя проницаемая часть АСРБ выполняет роль нейтрализатора волнового возмущающего момента (НВМ), что обеспечивает бую ограниченную угловую качку.

Недостатком прототипа является то, что у него нет средств нейтрализации вертикальных волновых возмущающих сил. Поэтому у буя-прототипа на определенных частотах не исключена повышенная вертикальная качка, « выпрыгивание» из воды и заваливание на борт, что снижает надежность передачи аварийного сигнала. Такие явления наблюдались в лабораторном эксперименте [2]. Устройство для нейтрализации вертикальных волновых сил содержит плавучий предостерегательный знак заданной волностойкости и остойчивости [3] (аналог). Это устройство представляет собой пластинчатый конический демпфер-нейтрализатор вертикальных волновых сил (КНВС), устанавливаемый снаружи вертикального цилиндрического корпуса на небольшом удалении от поверхности. Диаметр такого НВС составляет 1,4-1,6 диаметра цилиндрического корпуса. Для АСРБ ПЛ это совершенно недопустимо по условиям размещения его в контейнере. Требуется изменение конструкции проницаемого корпуса. Кроме того, ни аналог, ни прототип не имеют электрохимических источников энергии. Наличие же такого источника для АСРБ, который начинает работать только после попадания в морскую воду, весьма желательно. Его энергия может быть вполне достаточной для питания аварийного радиопередатчика и маяка в течение нескольких часов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей известных технических решений путем одновременной нейтрализации волновых возмущающих моментов и возмущающих сил, существенного уменьшении угловой и вертикальной качки и установки на АСРБ электрохимических источников энергии.

Указанные цели достигаются тем, что у известных технических решений, содержащих вертикально ориентированный частично погруженный непроницаемый цилиндрический прочный корпус, нейтрализаторы волновых возмущающих сил и моментов, твердый балласт, радиоаппаратуру и другие полезные грузы, располагающиеся внутри непроницаемого прочного корпуса, геометрические размеры которого определяются из совместного решения уравнений масс и плавучести, остойчивости, заданной степени нейтрализации волновых нагрузок и ограничения вертикальных размеров АСРБ, нейтрализатор волновых моментов выполнен из диэлектрического материала в виде 2 взаимно перпендикулярных вертикально вытянутых пластин (ВП), длиной не менее половины осадки Т и шириной, не меньшей диаметра верхнего прочного цилиндрического корпуса D=2R, жестко крестообразно соединенных своими серединами между собой под прямым углом и с верхним непроницаемым прочным корпусом, в нижней части этих вертикальных пластин устанавливается конический демпфер-нейтрализатор вертикальных волновых сил (КНВС) с образующей, наклоненной не более 20° к горизонту, с диаметром основания, равным наибольшей ширине крестообразных ВП, между дном верхнего непроницаемого цилиндрического корпуса и нижним КНВС при необходимости устанавливаются такие же промежуточные КНВС, бую в надводном положении обеспечивается запас плавучести 20-30% и расположение центра масс ниже центра плавучести на величину не менее 0,2 осадки Т непроницаемого корпуса, при этом пластинчатые нейтрализаторы волновых моментов выполнены гофрированными в вертикальном направлении, в гофрах ВП установлены гальванические элементы из металлов разной электрохимической активности или металлосодержащих паст, например, на основе серебра-палладия (катоды) и кадмий-магния (аноды), соединенных в батарею, способную создавать в морской воде ЭДС для питания аварийного радиопередатчика и маяка [4, 5].

На фиг.1 показан АСРБ для ПЛ, а на фиг.2 - для надводных кораблей и судов. Их главное отличие - в общей высоте и ширине вертикальных пластин. Для АСРБ ПЛ, который хранится в специальном герметичном контейнере, необходимо обеспечить устойчивое всплытие с глубины на поверхность и остойчивость после всплытия. Для этого в подводном положении центр плавучести буя должен быть выше его центра масс. В надводном положении буй также должен иметь положительную остойчивость и запас плавучести 20-30%. Поэтому для этого буя обязательна вертикально вытянутая форма, его центр масс должен располагаться ниже центра плавучести в надводном положении, а ширина крестообразных гофрированных пластин должна быть равна диаметру непроницаемого корпуса.

Для АСРБ НК диаметр верхнего водонепроницаемого цилиндра по сравнению с ПЛ может быть увеличен, уменьшен общий его вертикальный размер, а ширина вертикальных гофрированных пластин сделана большей 2 радиусов цилиндра.

Волностойкие формы АСРБ, показанные на фиг.1 и 2, включают:

- подводную часть 1 прочного непроницаемого корпуса радиуса R и осадкой Т в рабочем надводном положении;

- надводную часть непроницаемого корпуса 2 высотой Ннч=kзпТ, где kзп=0.2-0.3 - коэффициент запаса плавучести;

- крестообразные вертикальные гофрированные в вертикальном направлении пластины 3 для нейтрализации волновых моментов общей высотой Нвп и шириной B≥2R, выполненные из прочных диэлектрических материалов;

- нижний конический демпфер-нейтрализатор вертикальных волновых сил 4 диаметром основания, равным ширине В;

- промежуточные конические демпферы-нейтрализаторы волновых сил 5 такого же диаметра;

- твердого балласта 6, который располагается снизу нижнего конического нейтрализатора волновых сил и служит для обеспечения АСРБ необходимого значения метацентрической высоты и осадки;

- батарею гальванических элементов 7, вмонтированных в гофры нейтрализатора волновых моментов (не показаны).

АСРБ в надводном положении на тихой воде должен удовлетворять условиям плавучести и заданной остойчивости. Условие плавучести для буя имеет вид:

где mнг - сумма масс заданных независимых грузов: радиоаппаратуры, антенны, источников питания (аккумуляторной батареи и гальванических элементов), аппаратуры управления, кг;

mпк - масса прочного непроницаемого корпуса высотой Нпк=(1+kзп)Т, зависящая от его радиуса R, толщины δпк и плотности материала ρпк;

- массы весом в воде вертикальных гофрированных пластин-нейтрализаторов волновых моментов, конических нижнего и промежуточных нейтрализаторов вертикальных волновых сил и твердого балласта, зависящие от их размеров и плотности материалов, из которых они сделаны. Конкретные выражения для всех зависимых масс являются «ноу-хау» авторов.

Условие остойчивости АСРБ в надводном положении

где ус=Т/2 - аппликата центра плавучести; уG - аппликата центра масс;

rmc=Izs/V - метацентрический радиус, равный для цилиндра R2/4T. Как показано в [1] для R/T≤0,2, величиной rmc≤0,05R ожно пренебречь. Тогда условие (2) приводит к условию допустимого возвышения центра масс над основной плоскостью, проходящей по днищу прочного корпуса

Исходя из требований запаса плавучести Ннч=kзп·Т, высоты ПН и ограничения общей высоты АСРБ Нmax по условиям его размещения на ПЛ, можно составить еще одно ограничение

Аналогичное ограничение может быть записано для АСРБ НК.

Волновой процесс на глубокой воде описывается выражением

где A0 - амплитуда волны на поверхности;

y - удаление рассматриваемого горизонта от невозмущенной поверхности;

- волновое число, λ - длина волны;

- частота волны, τ - ее период.

Принцип нейтрализации возмущающих воздействий волны на АСРБ и уменьшения его вертикальной и угловой качки с помощью предлагаемых средств демонстрируют фиг.3 (для нейтрализации волновых сил) и фиг.4 (для нейтрализации возмущающих моментов).

В соответствии с теорией волностойких архитектурных форм [2] и описанием аналога [3], на частично погруженный вертикально ориентированный неподвижный цилиндрический прочный корпус (фиг.3) действуют следующие основные волновые силы:

где - квазистатическая сила, действующая в фазе с волной на надводную часть корпуса АСРБ от его накрытия волной или оголения, она пропорциональна A0πR2cos ωt;

- инерционно-волновая сила, действующая на погруженную часть ПК в противофазе с волной; она пропорциональна - kA0πR2Te-kT/2cosωt;

- инерционно-волновая сила, действующая на пластинчатый конический нейтрализатор волновых сил в противофазе с волной; она пропорциональна -

Точные выражения для этих сил также являются «ноу-хау» авторов. Но важно, что действуют в фазе с волной, a и - в противофазе. И если задать условие, чтобы при заданной расчетной волне, например при 6 баллах, АСРБ отслеживал волну по вертикали с заданной погрешностью, например, не более |δ|≤0,2Т, то можно из уравнений (1), (2), (3), (4) и (6) определить водоизмещение АСРБ, его радиус, осадку и потребную площадь нижнего и промежуточных КНВС и их удаление от основной плоскости, которые обеспечивают условие нейтрализации вертикальных волновых сил. Главными членами возмущающего момента, действующего на вертикально ориентированный цилиндр и вертикальные пластины (фиг.4) в соответствии с [2] и описанием прототипа [1] при 2R<0,15 м, осадкой T≤0,6 м и Нпн≥0,5Т, являются

где - квазистатический волновой момент от остойчивости нагрузки (возвышения центра плавучести над центром масс) относительно центра масс АСРБ;

- момент от боковой инерционно-волновой силы относительно центра масс АСРБ, вблизи центра плавучести объема;

- момент относительно центра масс от боковой инерционно-волновой силы, действующей на ПН и приложенной посередине его высоты.

Первые два члена в (7) в фазе волны фиг.4 действуют по часовой стрелке, третий - против. И эта противофазность сохраняется во всех фазах волны. Поэтому по уравнению (7) вместе с уравнением плавучести (1), остойчивости (2), (3) ограничением (4) можно найти высоту и ширину ПН для заданной степени нейтрализации волновых возмущающих моментов и этим обеспечить уменьшение угловой качки АСРБ не хуже, чем у прототипа [1].

Искомые водоизмещение и оптимальные главные размерения АСРБ могут быть найдены известными в теории проектирования методами последовательных приближений и многокритериальной оптимизации. Пример применения такого метода приведен в описании патента-прототипа [1]. Поэтому реализуемость предложенного технического решения сомнений не вызывает.

Предложенные архитектурные формы АСРБ существенно отличаются от существующих аналогов:

- замена у прототипа проницаемого цилиндрического нейтрализатора волновых моментов на две взаимно перпендикулярных пластины шириной, равной диаметру непроницаемого корпуса АСРБ ПЛ, позволила при том же диаметре контейнера использовать их в качестве нейтрализаторов волновых моментов и расположить в нижней их части конический нейтрализатор вертикальных волновых сил (КНВС), чем существенно улучшить свойства прототипа;

- это техническое решение обладает патентной новизной по сравнению с аналогом [3], т.к. позволило создать работающий КНВС того же диаметра, что и диаметр прочного непроницаемого корпуса;

- предусмотрена возможность установки в случае необходимости дополнительных КНВС;

- форма КНВС с небольшой конусностью будет мало влиять на работу ПН по нейтрализации волновых моментов, в принципе возможна и плоская форма ПН, без конусности;

- для АСРБ НК предусмотрена возможность увеличения диаметра прочного корпуса, сокращения общей высоты и увеличения ширины пластинчатых нейтрализаторов;

- пластинчатые нейтрализаторы выполнены гофрированными, что увеличивает их жесткость на изгиб, и это в данном техническом решении обладает существенной новизной и полезным эффектом;

- в гофрах ПН размещаются электроды гальванических элементов, что является новым техническим решением в АСРБ:

- в вопросах уменьшения качки АСРБ применены известные (по названию) уравнения частичной нейтрализации волновых возмущающих сил и моментов, однако структуры этих уравнений из-за существенного изменения архитектурной формы АСРБ существенно отличается от прототипа и аналога.

Патентный поиск не выявил похожих технических решений, поэтому предложенные архитектурные формы отвечают критерию существенной патентной новизны.

Кроме того, предложенные технические решения по сравнению с известными обладают существенным положительным эффектом:

- обеспечивают одновременное уменьшение и угловой, и вертикальной качки АСРБ;

- предложенный тип АСРБ снабжен гальваническим источником энергии, работающим в морской воде.

Источники информации

1. Аварийно-сигнальный радиобуй подводной лодки. Патент РФ №2287450, 2005.

2. Разумеенко Ю.В., Пыльнев Ю.В., Ейбоженко А.В., и др. Поисковые исследования по обоснованию и разработке волностойких высокоэффективных образцов вооружения и военной техники. Технический отчет о НИР «Ингул», СПб, 1999 г.

3. Плавучий предостерегательный знак заданной волностойкости и остойчивости. Патент РФ №2324619 по заявке №2006102912 от 01.02.06.

4. Глинка Н.Л Общая химия. Пособие для студентов. 23 издание, Л.: Химия, 1984 г.

5. О применении материалов и изделий на основе драгоценных металлов для электронной техники. ЗАО «ЭЛМА-ПАСТЫ», http:||www. Infontr.ru/artides/newscomp 009/ php.

Аварийно-сигнальный радиобуй, содержащий вертикально ориентированный частично погруженный непроницаемый цилиндрический прочный корпус, нейтрализаторы волновых возмущающих сил и моментов, твердый балласт, радиоаппаратуру и другие полезные грузы, располагающиеся внутри непроницаемого прочного корпуса, геометрические размеры которого определяются из совместного решения уравнений масс и плавучести, остойчивости и заданной степени нейтрализации волновых нагрузок и ограничений вертикальных размеров, отличающийся тем, что нейтрализатор волновых моментов выполнен из диэлектрического материала в виде 2-х взаимно перпендикулярных вытянутых в вертикальном направлении пластин (ВП) длиной, не меньшей половины осадки Т, и шириной, не меньшей диаметра верхнего прочного цилиндрического корпуса D=2R, жестко крестообразно соединенных своими серединами между собой под прямым углом и с верхним непроницаемым прочным корпусом, в нижней части этих вертикальных пластин устанавливается конический демпфер-нейтрализатор вертикальных волновых сил (КНВС) с образующей, наклоненной не более 20° к горизонту, с диаметром основания, равным наибольшей ширине крестообразных вертикальных пластин, между дном верхнего непроницаемого цилиндрического корпуса и нижним КНВС при необходимости устанавливаются такие же промежуточные КНВС, бую в надводном рабочем положении обеспечивается запас плавучести 20-30% и расположение центра масс ниже центра плавучести на величину не менее 0,2 осадки Т непроницаемого корпуса, при этом пластинчатые нейтрализаторы волновых моментов выполнены гофрированными в вертикальном направлении, в гофрах ВП установлена батарея гальванических элементов, представляющая собой совокупность электродов из металлов разной электрохимической активности или металлосодержащих паст, например, на основе серебра-палладия (катоды) и кадмий-магния (аноды), соединенных в батарею, способную создавать в морской воде ЭДС для питания аварийного радиопередатчика и маяка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам связи, а конкретно - к определению местоположения беспроводного устройства связи в системе связи с множественным доступом на основе кодового разделения каналов.

Изобретение относится к системам организации и обеспечения грузоперевозок железнодорожным, морским, автомобильным и авиационным транспортом, включая складирование грузов преимущественно с помощью стандартных крупногабаритных грузовых контейнеров, оснащенных радиочастотными идентификационными метками.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для построения радиолокационных и навигационных систем. .

Изобретение относится к электронным цепям приемников, используемых в Глобальной Системе Определения Местоположения Абонента. .

Изобретение относится к области средств радионавигации и может быть использовано в устройствах для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и GPS частотного диапазона L1.

Изобретение относится к области радионавигации и может использоваться для определения местоположения подвижных объектов. .

Изобретение относится к области радионавигации и может использоваться для определения местоположения подвижных объектов. .

Изобретение относится к области радионавигации и может использоваться для определения местоположения подвижных объектов. .

Изобретение относится к области радионавигации и может использоваться для определения местоположения подвижных объектов. .

Изобретение относится к техническим средствам для обследования рельефа дна акваторий и обнаружения подводных препятствий, а именно к жестким тралам. .

Изобретение относится к области акустики, в частности к излучению гидроакустических кодированных и широкополосных сигналов управления. .

Изобретение относится к устройствам для обнаружения и спасения затонувшего объекта или для идентификации объекта, временно находящегося под водой, а именно к таким устройствам, которые прикреплены к самим объектам или к их снаряжению.

Изобретение относится к средствам оповещения подводной лодки (ПЛ) об аварии, которые она выбрасывает из глубины. .

Изобретение относится к подводной технике, а именно к устройствам, предназначенным для подъема затонувших объектов. .

Изобретение относится к поиску и спасению аварийных подводных объектов и может быть использовано при создании технических систем обнаружения аварийного подводного объекта, лежащего на грунте, а также для создания средств спасения и оказания помощи экипажу и пассажирам аварийного подводного объекта.

Изобретение относится к области средств обозначения затонувших объектов, а именно к сигнальным буям, выпускаемым из аварийной подводной лодки. .

Веха // 557956

Изобретение относится к технике освоения океана, а именно к подводным аппаратам - буям с изменяемой плавучестью. .

Изобретение относится к средствам оповещения об аварии, которые подводная лодка выбрасывает из глубины, а надводный корабль, судно сбрасывает за борт для передачи через систему глобальной спутниковой связи по системе КОСПАС-САРСАТ краткого кодированного сообщения

Наверх