Торпеда с гидролокатором /варианты/
Изобретение относится к боеприпасам, в частности к торпедам. Торпеда содержит боевую часть, систему управления, двигатель и запас энергии для него. Торпеда имеет вид цилиндрического тела с внутренним каналом в виде сопла Вентури. В другом варианте, торпеда предварительно поддута изнутри избыточным давлением газа. В другом варианте, торпеда имеет систему поддержания избыточного давления внутри. Система состоит из баллона с газом, предохранительного клапана и редуктора, соединенного с забортным пространством. В другом варианте, весь свободный объем внутри торпеды заполнен жидкостью. В другом варианте, весь свободный объем торпеды заполнен расплавленным веществом. В другом варианте, торпеда имеет вид цилиндрического тела с внутренним каналом в виде сопла Вентури или в виде плавно переходящих друг в друга конфузора, цилиндрического участка и диффузора. Конфузор имеет форму эллипсоида вращения или параболоида вращения, а в его фокусе расположен приемник и/или излучатель гидроакустических волн. Достигается увеличение скорости и дальности действия торпеды. 6 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к торпедам.
Известны торпеды различных конструкций и назначения, см. «Торпеды Российского флота», СПб, Гангут, 1993, с. 17-28.
Недостатком всех торпед является большое гидродинамическое сопротивление и как следствие - недостаточная скорость или дальность хода.
Задача и технический результат изобретения - увеличение скорости и дальности хода торпеды и создание условий для работы активного или пассивного гидролокатора.
Для этого торпеда имеет вид цилиндрического тела с внутренним каналом в виде центрального или кольцевого сопла Вентури или в виде плавно переходящих друг в друга конфузора, цилиндрического участка и диффузора.
Любое тело, движущееся в воде, испытывает гидродинамическое сопротивление, состоящее из сопротивления формы и сопротивления трения. Сопло Вентури известно тем, что давление потока на входе в него и на выходе из него практически постоянно. Труба с внутренним профилем в виде плавно переходящих друг в друга конфузора, цилиндрического участка и диффузора обладает тем же гидродинамическим свойством. То есть такая торпеда не будет испытывать сопротивления формы (сопротивление трения останется и даже несколько увеличится). Как следствие, значительно увеличится скорость и дальность хода.
Относительный диаметр внутреннего канала нуждается в экспериментальном подборе.
Однако у данной торпеды есть одно свойство, которое можно расценить как недостаток, так как у нее значительная часть габаритного объема занята внутренним каналом, то при той же массе она должна быть несколько увеличенного калибра (примерно в 1,2 раза). Это никак не скажется на ее гидродинамическом сопротивлении, так как у нее нет сопротивления формы, но это потребует увеличения калибра торпедных аппаратов. Для надводных кораблей это не вызовет особых трудностей, а для подводных лодок это проблематично. Однако у этого недостатка есть и хорошая сторона - можно применить винты большего диаметра, имеющие большой кпд и меньшую шумность.
Впрочем, учитывая меньшее гидродинамическое сопротивление, можно уменьшить мощность энергетической установки и запас энергии для нее. То есть, такую же боевую часть может нести торпеда значительно меньшей массы, причем с большей скоростью.
Со всех точек зрения для такой торпеды желательно применение электропривода. Во-первых, в такой торпеде трудно разместить баллоны, во-вторых, современные аккумуляторы, а также работающие с ними электронные преобразователи постоянного тока в переменный трехфазный и асинхронные электродвигатели имеют хорошие массогабаритные показатели, в-третьих, электрическая торпеда менее шумная и не имеет пенистого следа, и, в-четвертых, электроторпеды лучше работают на большой глубине, так как им не вредит противодавление. К тому же они менее опасны при хранении.
Двигатель торпеды должен быть установлен в обтекателе в ее внутреннем канале до ее заднего среза. Причем, так как скорость потока в начале и в конце канала одинакова, двигатель может быть установлен как в задней, так и в передней части торпеды. Нежелательно устанавливать двигатель в узком месте канала, так как там скорость потока наибольшая и гидродинамическое сопротивление обтекателя и лопастей винтов будет больше.
Желательно, чтобы двигатель приводил во вращение два противоположно вращающихся винта. Причем желательно, чтобы задний винт был примерно в 1,5 меньшего диаметра, но вращался примерно в 1,5 раза быстрее и имел примерно в 1,5 большее число и/или площадь лопастей (подбирается так, чтобы реактивные моменты винтов были равны). Такие винты будут обладать бóльшим кпд, чем обычные (это отдельное изобретение, пат. №2513333).
При применении одного винта торпеда должна иметь направляющий и/или спрямляющий аппарат в виде радиальных профилированных лопастей, чтобы нейтрализовать реактивный момент винта.
Рули торпеды должны быть установлены в габаритах ее поперечного сечения после винтов. Для рационального получения достаточной прочности рули могут быть крестообразными поперечными и могут выступать за задний габарит торпеды.
Следует отметить, что такая форма торпеды делает ее чувствительной к большой разнице давлений внутри нее и снаружи, если внутри торпеды есть свободные воздушные объемы. Поэтому такая торпеда может быть предварительно поддута изнутри избыточным давлением газа, например азота или аргона. Давление поддува определяется примерной глубиной, на которой торпеде предстоит работать. Это давление может устанавливаться непосредственно перед применением или может устанавливаться заранее и поддерживаться системами, установленными на корабле.
Или же давление поддува может устанавливаться заранее, но поддерживаться системой, установленной в торпеде и состоящей из баллона с газом, предохранительного клапана и редуктора, соединенного с забортным пространством. Редуктор и предохранительный клапан должны иметь специально пониженную чувствительность, чтобы не расходовать газ понапрасну, если разность упомянутых давлений невелика.
Бороться с разницей давления внутри торпеды и снаружи нее можно и другим способом - весь свободный объем внутри торпеды может быть заполнен жидкостью, например керосином, машинным маслом и т.п.
Заполнить свободный объем можно и твердым веществом, для этого весь свободный объем торпеды заполнен расплавленным веществом, например парафином, стеарином, нафталином, полиэтиленом и т.п.
В предыдущих двух случаях можно получить дополнительное полезное качество, если заполнить свободный объем жидким или расплавленным взрывчатым веществом.
Следует отметить, что такая торпеда будет иметь очень хорошую маневренность и легко может догнать и поразить маневренную цель, например торпедный катер.
Так как торпеда не имеет носового обтекателя, то кажется, что в ней трудно установить активный или пассивный гидролокатор. Но для отражателя гидроакустических волн можно использовать конфузор торпеды. Для этого он имеет форму эллипсоида вращения или параболоида вращения, а в его фокусе расположен приемник и/или излучатель гидроакустических волн.
На фиг. 1 показана такая торпеда. Она состоит из трубы с наружной поверхностью в виде правильного цилиндра, а внутри имеет конфузор 1, плавно переходящий в цилиндрический участок 2 и затем плавно переходящий в диффузор 3. В задней части диффузора расположен обтекатель электродвигателя 4 с винтами 5. За винтами по диаметру расположены крест-накрест два руля 6. В фокусе конфузора расположен приемник и/или излучатель гидроакустических волн 7. Внутренние элементы торпеды не показаны.
Работает торпеда так: набегающий поток воды без сопротивления формы обтекает наружную поверхность трубы, а внутри трубы поток сначала ускоряется в конфузоре 1, затем проходит цилиндрический участок 2, если он есть, и затем замедляется в диффузоре 3, почти без потерь приобретая ту же скорость, которую он имел на входе в конфузор. В этом месте в потоке работают винты 5, создавая тягу.
Активный или пассивный гидролокатор работает используя профилированный конфузор как рефлектор и расположенный в его фокусе излучатель и/или приемник 7.
1. Торпеда, содержащая боевую часть, систему управления, двигатель и запас энергии для него, отличающаяся тем, что имеет вид цилиндрического тела с внутренним каналом в виде центрального или кольцевого сопла Вентури.
2. Торпеда по п. 1, отличающаяся тем, что двигатель торпеды установлен в обтекателе в ее внутреннем канале до ее заднего среза и приводит во вращение два противоположно вращающихся винта, причем задний винт меньшего диаметра, но вращается быстрее и имеет большее число и/или площадь лопастей.
3. Торпеда по п. 1, отличающаяся тем, что при применении одного винта торпеда имеет направляющий и/или спрямляющий аппарат в виде радиальных профилированных лопастей.
4. Торпеда, содержащая боевую часть, систему управления, двигатель и запас энергии для него, отличающаяся тем, что предварительно поддута изнутри избыточным давлением газа, например азота или аргона.
5. Торпеда, содержащая боевую часть, систему управления, двигатель и запас энергии для него, отличающаяся тем, что имеет систему поддержания избыточного давления внутри, состоящую из баллона с газом, предохранительного клапана и редуктора, соединенного с забортным пространством.
6. Торпеда, содержащая боевую часть, систему управления, двигатель и запас энергии для него, отличающаяся тем, что весь свободный объем внутри торпеды заполнен жидкостью, например керосином, или машинным маслом, или жидким взрывчатым веществом.
7. Торпеда, содержащая боевую часть, систему управления, двигатель и запас энергии для него, отличающаяся тем, что весь свободный объем торпеды заполнен расплавленным веществом, например парафином, или стеарином, или нафталином, или полиэтиленом, или расплавленным взрывчатым веществом.
8. Торпеда, содержащая боевую часть, систему управления, двигатель и запас энергии для него, отличающаяся тем, что имеет вид цилиндрического тела с внутренним каналом в виде центрального или кольцевого сопла Вентури, или в виде плавно переходящих друг в друга конфузора, цилиндрического участка и диффузора, причем конфузор имеет форму эллипсоида вращения или параболоида вращения, а в его фокусе расположен приемник и/или излучатель гидроакустических волн.
