Способ повышения скорости подводной лодки и устройство для его осуществления

Изобретение относится к подводному судостроению и касается носовых оконечностей корпуса, надстроек и боевой рубки подводной лодки. Устройство повышения скорости подводной лодки состоит из цилиндрического корпуса подводной лодки с радиусом поперечного сечения R_Ц носовой оконечности корпуса с конформно-покровными антеннами, из боевой рубки. Носовая оконечность корпуса подводной лодки выполнена в форме поверхности сферического сектора, а носовая оконечность боевой рубки выполнена в горизонтальных продольных сечениях в форме поверхности кругового сектора. Для повышения скорости подводной лодки носовую оконечность корпуса и боевую рубку выполняют закругленными под соответствующими максимальными радиусами горизонтальных, продольных сечений. Носовую оконечность корпуса подводной лодки выполняют в форме поверхности сферического сектора, а носовую оконечность боевой рубки выполняют в горизонтальных, продольных сечениях в форме поверхности кругового сектора. Достигается повышение скорости подводной лодки. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к подводному судостроению и касается носовых оконечностей корпуса, надстроек и боевой рубки подводной лодки.

Известен способ повышения скорости подводной лодки в погруженном состоянии, заключающийся в том, что носовую оконечность корпуса и боевой рубки выполняют соответственно в горизонтальных продольных сечениях в форме полуэллипсов с максимальными радиусами большой и малой полуосей $$R_{К}^{г}$$ , $$r_{К}^{г}$$ и $$R_{БР}^{г}$$ , $$r_{БР}^{г}$$ , а носовую оконечность корпуса в вертикальных продольных сечениях выполняют в форме полуэллипсов с максимальными радиусами большой и малой полуосей $$R_{К}^{в}$$ , $$r_{К}^{в}$$ [1].

Известный способ повышения скорости подводной лодки реализован в устройстве корпуса и боевой рубки подводной лодки-ракетоносца типа «Джордж Вашингтон» (США), носовая оконечность которых выполнена в горизонтальных продольных сечениях в форме полуэллипсов соответственно с максимальными радиусами большой и малой полуосей $$R_{К}^{г}$$ , $$r_{К}^{г}$$ и $$R_{БР}^{г}$$ , $$r_{БР}^{г}$$ , а носовая оконечность корпуса в вертикальных продольных сечениях выполнена в форме полуэллипсов с максимальными радиусами большой и малой полуосей $$R_{К}^{в}$$ , $$r_{К}^{в}$$ [1].

Эллипсоидная носовая оконечность корпуса подводной лодки и полуэллипсное поперечное горизонтальное сечение боевой рубки создает крайне неравномерное контактное напряжение носовой оконечности корпуса и боевой рубки с водой при движении: максимальные напряжения сопротивления воды движению подводной лодки в носовой части корпуса и боевой рубки с малым радиусом эллипсных сечений $$r_{К}^{г}$$ , $$r_{К}^{в}$$ и $$r_{БР}^{г}$$ , минимальные напряжения сопротивления воды в носовой части по бокам корпуса и боевой рубки с большим радиусом $$R_{К}^{г}$$ , $$R_{К}^{в}$$ и $$R_{БР}^{г}$$ , полуэллипсов оконечностей. Неравномерные контактные напряжения перед носовой частью боевой рубки и корпуса повышают сопротивление воды движению подводной лодки и давление воды на носовые оконечности корпусных частей конструкции подводной лодки, способствует созданию значительного гидродинамического турбулентного сопротивления воды движению подводной лодки и гидроакустических помех работе конформно-покровных антенн гидроакустического комплекса.

Известен способ повышения скорости подводной лодки в погруженном состоянии, заключающийся в том, что носовую оконечность корпуса выполняют в горизонтальных продольных сечениях в форме полуэллипсов соответственно с максимальными радиусами большой и малой полуосей R_эл=b_K, r_эл=а _K, а носовую оконечность корпуса в вертикальных продольных сечениях выполняют в форме полуокружностей с максимальным радиусом $$R_{К}^{в}=R_{Ц}$$ , где 2R_Ц - диаметр цилиндрической части корпуса подводной лодки, а между сферической и эллипсоидной частью носовой оконечности подводной лодки осуществляют плавное сопряжение [2].

Известный способ повышения скорости подводной лодки реализован в устройстве носовой оконечности ее корпуса и боевой рубки, которые изготовлены в горизонтальных продольных сечениях в форме полуэллипсов соответственно с максимальными радиусами большой и малой полуосей R_эл=b_К, r_эл=а _K, а носовая оконечность корпуса в вертикальных продольных сечениях изготовлена в форме полуокружностей с максимальным радиусом $$R_{К}^{в}=R_{Ц}$$ , где 2R_Ц - диаметр цилиндрической части корпуса подводной лодки, а сферическая и эллипсоидная части носовой оконечности имеют плавное сопряжение, причем на поверхности сферической части носовой оконечности корпуса установлены конформно-покровные антенны [2].

Полусферическая поверхность носовой оконечности корпуса подводной лодки позволяет осуществлять работу конформно-покровных антенн с минимальными гидроакустическими помехами, однако максимальный радиус $$R_{К}^{г}=R_{Ц}$$ носовой оконечности корпуса (с радиусом поперечного сечения R_Ц) ни на эллипсоидной, ни на сферической поверхности носовой оконечности корпуса не обеспечивает равномерное распределение контактных напряжений с водой во время движения подводной лодки. В местах даже плавного сопряжения цилиндрического корпуса с носовой сферической частью оконечности корпуса подводной лодки и частей эллипсоидной поверхности с радиусами $$R_{К}^{г}$$ , $$r_{К}^{г}$$ носовой оконечности корпуса формируются пики контактных напряжений корпуса с водой, оказывающих существенное гидродинамическое сопротивление движению подводной лодки и не устраняющих гидроакустические помехи в работе конформно-покровных антенн.

Технический результат по способу повышения скорости подводной лодки, заключающемуся в том, что носовую оконечность корпуса и боевой рубки выполняют закругленными под соответствующими максимальными радиусами $$r_{К}^{г}$$ и $$r_{БР}^{г}$$ горизонтальных продольных сечений, а носовую оконечность корпуса выполняют закругленной под максимальным радиусом $$R_{К}^{в}=r_K^{г}=R_{Ц}$$ вертикальных продольных сечений, равным радиусу R_Ц поперечного сечения корпуса, достигается тем, что носовую оконечность корпуса подводной лодки выполняют в форме поверхности сферического сектора радиусом R_сф=1,4142·R_Ц=R_Ц/sinφ°, где ∡φ=45° - угол между продольной осью корпуса и образующим радиусом R_сф сферического сектора носовой оконечности корпуса, носовую оконечность боевой рубки выполняют в горизонтальных продольных сечениях в форме поверхности кругового сектора с максимальным радиусом $$r_{БР}^{г}=\mathrm{0,7071}\cdot B=\mathrm{0,5}\cdot B/\sin {\varphi }^o$$ , где В - ширина боевой рубки в горизонтальном сечении, а в вертикальных продольных сечениях - в форме поверхности кругового сектора радиусом $$R_{БР}^{в}=\mathrm{1,4142}\cdot H=H/\sin {\varphi }^o$$ , где Н - высота корпуса боевой рубки.

Теоретические основы «Физики материального контактного взаимодействия» свидетельствуют о возможности создания равномерного напряжения на поверхности контакта двух сред, выполненной полусферической и углом φ° между осью контакта и образующим радиусом R_сф сферического сектора контакта, равным углу внутреннего трения деформируемой материальной среды [3]. Угол внутреннего трения воды, как жидкокристаллической материальной среды, деформируемой носовой оконечностью корпуса подводной лодки и ее боевой рубки, составляет величину на глубине свыше 80 см, равную ∡φ≈45°. Таким образом, при движении перед корпусом подводной лодки и ее боевой рубки создается равномерное контактное напряжение, что резко снижает гидродинамическое сопротивление воды движению подводной лодки и создает наилучшие условия работы конформно-покровных антенн.

Технический результат по устройству повышения скорости подводной лодки, состоящему из цилиндрического корпуса подводной лодки с радиусом поперечного сечения R_ц, носовой оконечности корпуса с конформно-покровными антеннами, из боевой рубки, носовая оконечность корпуса и боевой рубки выполнена закругленной под соответствующими максимальными радиусами $$r_{К}^{г}$$ и $$r_{БР}^{г}$$ горизонтальных продольных сечений, а носовая оконечность корпуса выполнена закругленной под максимальным радиусом $$R_{К}^{в}=r_K^{г}=R_{Ц}$$ вертикальных продольных сечений, равным радиусу R_Ц поперечного сечения корпуса, достигается тем, что носовая оконечность подводной лодки выполнена в форме поверхности сферического сектора радиусом R_сф=1,4142·R_Ц=R_Ц/sinφ°, где ∡φ=45° - угол между продольной осью корпуса и образующим радиусом R_cф сферического сектора носовой оконечности корпуса, носовая оконечность боевой рубки выполнена в горизонтальных продольных сечениях в форме поверхности кругового сектора с максимальным радиусом $$r_{БР}^{г}=\mathrm{0,7071}\cdot B=\mathrm{0,5}\cdot B/\sin {\varphi }^o$$ , где В - ширина основания боевой рубки в горизонтальном сечении, а в вертикальных продольных сечениях - в форме поверхности кругового сектора радиусом $$R_{БР}^{в}=\mathrm{1,4142}\cdot H=H/\sin {\varphi }^o$$ , где Н - высота корпуса боевой рубки.

Предлагаемая конструкция носовой оконечности корпуса и боевой рубки подводной лодки позволяет резко снизить турбулентность и гидродинамическое сопротивление воды движению лодки, а с другой стороны полусферическая поверхность корпуса обеспечивает наилучшие условия эксплуатации конформно-покровных антенн гидроакустического комплекса.

Предлагаемые изобретения поясняются графическими материалами, где на фиг. 1 - общий вид предлагаемого цилиндрического корпуса подводной лодки и ее боевой рубки; фиг. 2 - вид А фиг. 1 корпуса подводной лодки с боевой рубкой; на фиг. 3 - вид А носовой полусферической оконечности боевой рубки и корпуса известной подводной лодки, совмещенный с эпюрой контактных избыточных седлообразных напряжений $${\sigma }_{И}^{к}$$ , на фиг. 4 - вид А носовой эллипсоидной оконечности боевой рубки и корпуса известной подводной лодки, совмещенный с эпюрой контактных избыточных напряжений $${\sigma }_{И}^{к}$$ .

Предлагаемая конструкция подводной лодки состоит из цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1) радиусом R_Ц с полусферической носовой оконечностью 2 радиусом R_сф выполненной в форме поверхности сферического сектора (фиг. 1 и фиг. 2) радиусом R_сф=1,4142·R_Ц=R_Ц/sinφ°, где ∡φ=45° - угол между продольной осью корпуса 1 и образующим радиусом R_сф сферического сектора носовой оконечности корпуса 1. Носовая оконечность 3 боевой рубки 4 выполнена в горизонтальных продольных сечениях в форме поверхности кругового сектора с максимальным радиусом $$r_{БР}^{г}=\mathrm{0,7071}\cdot B=\mathrm{0,5}\cdot B/\sin {\varphi }^o$$ , где В - ширина основания боевой рубки 4 в горизонтальном сечении, а в вертикальных продольных сечениях - в форме поверхности кругового сектора радиусом $$R_{БР}^{в}=\mathrm{1,4142}\cdot H=H/\sin {\varphi }^o$$ , где Н - высота корпуса боевой рубки 4.

Способ повышения скорости подводной лодки предлагаемой конструкции (фиг. 1 и фиг. 2) реализуется следующим образом. Цилиндрический корпус 1 подводной лодки радиусом R_Ц изготавливают с полусферической носовой оконечностью 2 радиусом R_сф, которую выполняют в форме поверхности сферического сектора радиусом R_сф=1,4142·R_Ц=R_Ц/sinφ°, где ∡=45° - угол между продольной осью корпуса 1 и образующим радиусом R_сф сферического сектора носовой оконечности корпуса 1. Носовую оконечность 3 боевой рубки 4 выполняют в горизонтальных продольных сечениях в форме поверхности кругового сектора с максимальным радиусом $$r_{БР}^{г}=\mathrm{0,7071}\cdot B=\mathrm{0,5}\cdot B/\sin {\varphi }^o$$ , где В - ширина основания боевой рубки 4 в горизонтальном сечении, а в вертикальных продольных сечениях - в форме поверхности кругового сектора с радиусом $$R_{БР}^{в}=\mathrm{1,4142}\cdot H=H/\sin {\varphi }^o$$ , где Н - высота корпуса боевой рубки 4. Во время движения в погруженном на глубину h=80 см состоянии перед носовыми оконечностями 2 и 3 корпуса 1 и боевой рубки 4 предлагаемой формой создают избыточное равномерное контактное давление $${\sigma }_{И.ср}^{к}$$ средней величины (фиг. 1, фиг. 2), резко снижающее гидродинамическое сопротивление воды движению подводной лодки и наилучшим образом обеспечивающее качественную работу конформно-покровных антенн гидроакустического комплекса.

Известные конструкции носовых оконечностей 2 подводных лодок полусферической (фиг. 3) и эллипсоидной (фиг. 4) формы при движении подводной лодки в погруженном состоянии создают крайне неравномерные соответственно седлообразные и параболические (выпуклые) эпюры контактных избыточных напряжений $${\sigma }_{И}^{к}$$ с максимумом на краях и по центру поперечного сечения носовых частей корпуса подводной лодки и ее боевой рубки, существенно ухудшающие работу конформно-покровных антенн.

Источники информации

1. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. - М.: «Советская Энциклопедия», 1977. - С. 371 («подводная лодка»).

2. Патент РФ №2115587. Носовая оконечность подводной лодки: // Ионин B.C., Воробьева Л.Д., Гришман Г.Д. и др., B63G 8/00, В63В 3/00, от 14.12.1992.

3. Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. ч. II: Напряжения и деформации оснований сооружений: Монография. - Тверь: Научная книга, 2007. - С. 71-72 (рис. 2.8).

1. Способ повышения скорости подводной лодки, заключающийся в том, что носовую оконечность корпуса и боевой рубки выполняют закругленными под соответствующими максимальными радиусами и горизонтальных продольных сечений, а носовую оконечность корпуса выполняют закругленной под максимальным радиусом вертикальных продольных сечений, равным радиусу R_Ц поперечного сечения корпуса, отличающийся тем, что носовую оконечность корпуса подводной лодки выполняют в форме поверхности сферического сектора радиусом R_сф=1,4142·R_Ц=R_Ц/sinφ°, где ∡φ=45° - угол между продольной осью корпуса и образующим радиусом R_сф сферического сектора носовой оконечности корпуса, носовую оконечность боевой рубки выполняют в горизонтальных продольных сечениях в форме поверхности кругового сектора радиусом , где В - ширина боевой рубки в горизонтальном сечении, а в вертикальных продольных сечениях - в форме поверхности кругового сектора радиусом где Н - высота боевой рубки.

2. Устройство для реализации способа по п.1, состоящее из цилиндрического корпуса подводной лодки с радиусом поперечного сечения R_Ц носовой оконечности корпуса с конформно-покровными антеннами, из боевой рубки, носовая оконечность корпуса и боевой рубки выполнена закругленной под соответствующими максимальными радиусами и горизонтальных продольных сечений, а носовая оконечность корпуса выполнена закругленной под максимальным радиусом вертикальных продольных сечений, равным радиусу R_Ц поперечного сечения корпуса, отличающееся тем, что носовая оконечность корпуса подводной лодки выполнена в форме поверхности сферического сектора радиусом R_сф=1,4142·R_Ц=R_Ц/sinφ°, где ∡φ=45° - угол между продольной осью корпуса и образующим радиусом R_сф сферического сектора носовой оконечности корпуса, носовая оконечность боевой рубки выполнена в горизонтальных продольных сечениях в форме поверхности кругового сектора с максимальным радиусом , где В - ширина основания боевой рубки в горизонтальном сечении, а в вертикальных продольных сечениях - в форме поверхности кругового сектора радиусом , где Н - высота корпуса боевой рубки.