Устройство постановки и выборки гибкой протяженной буксируемой антенны

Устройство постановки и выборки гибкой протяженной буксируемой антенны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гидроакустической технике и касается создания устройств постановки и выборки (УПВ) гибких протяженных буксируемых антенн (ГПБА) на подводных лодках и надводных кораблях.

ГПБА предназначена для приема гидроакустической информации, ее предварительной обработки и передачи к бортовой аппаратуре для формирования веера характеристик направленности и вторичной обработки. Известны буксируемые судном протяженные гидроакустические антенны, представляющие собой последовательно соединенные в одну линейную систему кабель-буксир и ГПБА, содержащую акустические приемники звукового давления и электронные устройства предварительной обработки и уплотнения информации, размещенные внутри герметичной шланговой оболочки, заполненной жидким или псевдожидким (гелеобразным) заполнителем (патенты РФ №2136019 от 27.08.1999, №2229734 от 27.05.2004). ГПБА имеют протяженность, значительно превосходящую линейные размеры корабля-носителя и с помощью кабеля буксира отстоят от корабля на расстояние, достаточное для снижения уровня собственных корабельных помех. Длина таких антенн может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Необходимые манипуляции, связанные с выпуском и уборкой ГПБА осуществляются с помощью устройств постановки и выборки (УПВ) (Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев, Корабельная гидроакустическая техника, С.Петербург, «Наука», 2004 г. стр.62]). Такие устройства предназначены для хранения, вытравливания в море для работы по прямому назначению, буксировки и сматывания ГПБА после окончания работы. Как правило, УПВ включает в себя лебедку, на барабан которой наматываются в различных случаях, зависящих от условий размещения лебедки на корабле и способов постановки ГПБА, либо кабель-буксир и ГПБА полностью, либо только кабель-буксир. В последнем случае антенну размещают в трубчатом хранилище (ангаре) для ГПБА, которое представляет собой трубу в виде протяженной цилиндрической оболочки, проложенную от лебедки вдоль корпуса корабля к его кормовой оконечности.

Через трубчатое хранилище ГПБА ставится в поток. Для стабилизации движения антенны в потоке она снабжается концевым стабилизатором, корпус которого выполнен в виде полого тела вращения, состоящего из сваренных между собой тонкостенных металлических деталей в виде полусферы, цилиндра и конуса. В обоих случаях концевое тело выполняет так же роль «пробки» трубчатого хранилища. В ряде конструктивных решений лебедка и трубчатое хранилище образуют единый контур герметизации, в ряде других - лебедка и трубчатое хранилище негерметичны. (Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев, Корабельная гидроакустическая техника, С.Петербург, «Наука», 2004 г. стр.62). Для вытравливания ГПБА используется гидравлический способ, при котором в контуре герметизации лебедка - трубчатое хранилище, или только в трубчатом хранилище, создается избыточное (по отношению к внешнему гидростатическому) гидравлическое давление. Это давление выталкивает из ангара концевое тело и далее на антенне создается тяговое усилие, направленное, как и поток, к выходу из ангара.

Устройство постановки-выборки по патенту РФ №2171197 от 24.01.2000. является наиболее близким аналогом по техническому решению к предлагаемому устройству.

Устройство прототип включает в себя:

- лебедку для намотки на нее кабель-буксира,

- трубчатое хранилище, в котором размещается ГПБА и концевое тело с носовой оконечностью в виде полусферы,

- устройства герметизации торцов трубчатого хранилища, одно из которых размещено на входе (ближнем к лебедке торце) трубчатого хранилища и выполнено в виде сальникового уплотнения, через который проходит кабель-буксир, другое - на выходе (противоположном торце) трубчатого хранилища, в виде вогнутой полусферы, сопрягаемой со сферической оконечностью концевого тела,

- устройство создания избыточного гидравлического давления во внутреннем объеме трубчатого хранилища, выполненного в виде центробежного насоса, соединенного с ближней к лебедке его оконечностью герметичным патрубком.

При включении насоса и лебедки на постановку в трубчатом хранилище благодаря сальниковому уплотнению кабеля создается избыточное давление, которое выталкивает концевой стабилизатор из ангара в поток и под действием перепада давления в ангаре и тяги лобового сопротивления стабилизатора ГПБА вытравливается в поток.

Известное устройство является эффективным только тогда, когда ГПБА полностью находится в трубчатом хранилище, а на лебедке находится только ее кабель-буксир. Существенное различие в диаметрах ГПБА (60-80 мм) и кабель-буксира (15-20 мм) и значительно большая радиальная жесткость кабеля позволяет создать на входе трубчатого хранилища эффективное сальниковое уплотнение (RU 217197 C1 24.01.2000) и обеспечить при включении насоса необходимое для постановки антенны тяговое усилие.

При больших апертурах ГПБА, когда ее не удается полностью разместить в трубчатом хранилище, большая часть ГПБА намотана на барабан лебедки, а меньшая находится в трубчатом хранилище. В этом случае возникают проблемы, при которых известное устройство не обеспечивает выпуск ГПБА по следующим причинам. Для ГПБА, которая представляет собой заполненный гелем или жидкостью тонкостенный эластичный шланг, внутри которого размещены акустические приемники, электронные блоки предварительной обработки информации, транзит проводов и силовые элементы, невозможно использовать сальниковое уплотнение, т.к. при протяжке антенны через такое уплотнение оболочка будет деформироваться и стягиваться относительно силовых элементов антенны в направлении, противоположном постановке, при этом возникает перетекание жидкости или геля внутри антенны в этом же направлении («эффект тюбика»), что приводит к нарушению крепления акустических и электронных блоков внутри нее и вздутию оболочки вблизи жестких перегородок в антенне при подходе к сальниковому уплотнению, и в конечном счете - к прекращению процесса постановки и повреждению антенны. Это является существенным недостатком устройства-прототипа

Задачей заявленного изобретения является устранение перечисленных недостатков известного технического решения, при этом техническим результатом является реализация постановки-выборки протяженной ГПБА, часть которой намотана на лебедку УПВ, а часть расположена в протяженном трубчатом хранилище без ее повреждений.

Для достижения указанного технического результата в устройство постановки и выборки (УПВ) гибкой протяженной буксируемой антенны (ГПБА), содержащее лебедку, с намотанными на нее кабель-буксиром и частью ГПБА, трубчатое хранилище, в котором размещается другая часть ГПБА и ее оконечный стабилизатор, устройство герметизации торцов трубчатого хранилища, одно из которых размещено на входе трубчатого хранилища, другое - на противоположном торце трубчатого хранилища, устройство создания избыточного гидравлического давления во внутреннем объеме трубчатого хранилища, введены новые признаки, а именно: устройство герметизации на ближнем к лебедке торце трубчатого хранилища выполнено в виде цилиндрического модуля такого же внутреннего диаметра, что и трубчатое хранилище, жестко и герметично соединенного с ним, внутри модуля установлен набор диафрагм из эластичного материала, наружный диаметр каждой из диафрагм равен внутреннему диаметру цилиндрического модуля, в каждой из диафрагм выполнено центральное отверстие с диаметром равным или меньшим диаметра оболочки ГПБА, при этом каждая из диафрагм разделена на сегменты с помощью радиальных надрезов, причем диафрагмы через кольцевые прокладки, установлены таким образом, что надрезы на последующей диафрагме смещены по кругу относительно предыдущей.

Крепление цилиндрического модуля к трубчатому хранилищу может быть выполнено с помощью торцевых фланцев.

Для повышения технологичности УПВ кольцевые прокладки могут быть выполнены как единое целое с диафрагмами из эластичного материала.

Основная идея изобретения заключается в том, что на входе трубчатого хранилища взамен жесткого сальникового уплотнения установлено устройство, выполненное в виде цилиндрического модуля с набором диафрагм из эластичного материала, внешний диаметр каждой из которых равен внутреннему диаметру цилиндрического модуля, а внутренний диаметр - меньше или равен диаметру оболочки проходящей через нее ГПБА. Геометрия таких диафрагм такова, что под действием избыточного давления сегменты каждой диафрагмы отклоняются от вертикального расположения, выходят из контакта с поверхностью шланговой оболочки ГПБА и образуют кольцевой зазор, длина которого равна длине набора диафрагм, а гидравлическое сопротивление потока в нем обеспечивает создание избыточного давления в трубчатом хранилище, достаточного для выталкивания из трубчатого хранилища оконечного стабилизатора-«пробки» и стравливания ГПБА в поток. При этом, возникновение на некотором участке ГПБА увеличения диаметра шланговой оболочки из-за перепада давления, возникающего на оболочке антенны при входе ее в трубчатое хранилище, не приводит к остановке ГПБА или ее повреждению, поскольку при прохождении этого участка ГПБА через набор диафрагм утолщение ГПБА при подходе ко входу в трубчатое хранилище вызывает увеличение напора потока от центробежного насоса, который раздвигает сегменты диафрагмы в области контакта с оболочкой, и увеличивает диаметр внутреннего отверстия до диаметра, большего или равного диаметру утолщения ГПБА. Поскольку материал диафрагм эластичен, а трение между поверхностью антенны и поверхностью диафрагм благодаря наличию потока воды минимально, не происходит повреждения оболочки ГПБА или ее остановки в трубчатом хранилище.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1, 2, 3, где на фиг.1 приведена конструкция предложенного УПВ, на фиг.2 изображены цилиндрический модуль с набором диафрагм из эластичного материала и продольное и поперечное сечение диафрагмы из такого набора в двух проекциях, фиг.3 иллюстрирует взаимодействие оболочки антенны и сегментов диафрагм цилиндрического модуля при создании в трубчатом хранилище избыточного давления (ИД)

Предлагаемое УПВ (фиг.1) содержит барабан лебедки 1 с намотанной на нее ГПБА 2, трубчатое хранилище 3 с устройством герметизации трубчатого хранилища 4 на дальнем по отношению к лебедке торце трубчатого хранилища, в виде шайбы с вогнутой поверхностью, сопрягаемой с поверхностью лобовой оконечности концевого тела 5, устройство 6 создания избыточного гидравлического давления во внутреннем объеме трубчатого хранилища, выполненного в виде центробежного насоса, устройство герметизации на ближнем по отношению к лебедке 2 торце трубчатого хранилища 3 в виде цилиндрического модуля 7 с набором диафрагм 8.

Цилиндрический модуль 7 (фиг.2) содержит цилиндрический корпус 9, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру корпуса трубчатого хранилища 3 с фланцем 13, упорные шайбы 10 и 11, жестко связанные с корпусом 9, например резьбовым соединением, между которыми установлен набор диафрагм 8. Наружный диаметр диафрагмы 8, равен диаметру цилиндрического корпуса 9, а внутреннее отверстие 12 равно или меньше диаметра ГПБА 2, при этом каждая из диафрагм разделена на сегменты 13 (для примера на фиг.2 на четыре сегмента) с помощью радиальных надрезов 14, диафрагмы через кольцевые прокладки 15 установлены таким образом, что надрезы 14 на последующей диафрагме 8 смещены по кругу относительно предыдущей.

Диафрагмы 8 выполнены из резины, однако они могут быть выполнены и из другого эластичного материала, например полиуретана. Кольцевые прокладки могут быть выполнены в виде отдельных деталей из материала диафрагм

Функционирование предложенного устройства иллюстрируется фиг.3. и осуществляется следующим образом: благодаря предложенной геометрии диафрагм 8, под действием избыточного давления сегменты 13 каждой диафрагмы отклоняются от вертикального расположения, выходят из контакта с поверхностью шланговой оболочки ГПБА 2 и образуют вокруг нее кольцевой зазор, длина которого равна длине набора диафрагм 8, а избыточное давление в трубчатом хранилище 3 достаточно для выталкивания из трубчатого хранилища 3 оконечного стабилизатора-«пробки» 5 и стравливания ГПБА 2 в поток. При этом, возникновение на некотором участке ГПБА 2 утолщения диаметра 16 шланговой оболочки 2, например из-за перепада давления, возникающего на оболочке ГПБА 2 при входе ее в трубчатое хранилище 3, не приведет к остановке ГПБА 2 или ее повреждению, поскольку при прохождении этого участка ГПБА 2 через набор диафрагм 8 утолщение 16 ГПБА при подходе ко входу в трубчатое хранилище вызывает увеличение напора потока от центробежного насоса, которое раздвигает сегменты 13 диафрагмы 8 в области контакта с оболочкой 2, и увеличивает диаметр внутреннего отверстия 12 до диаметра, большего или равного диаметру утолщения 16 ГПБА 2. Поскольку материал диафрагм 8 эластичен, а трение между поверхностью ГПБА 2 и поверхностью диафрагм 8 благодаря наличию потока воды минимально, не происходит повреждения оболочки ГПБА 2 или ее остановки в трубчатом хранилище 3 или повреждению в нем.

Таким образом, предложенное УПВ, решает задачу безопасной постановки и выборки ГПБА, часть которой намотана на лебедку УПВ, а часть расположена в трубчатом хранилище без ее повреждений или остановок.

1. Устройство постановки и выборки (УПВ) гибкой протяженной буксируемой антенны (ГПБА), содержащее лебедку для намотки на нее кабель-буксира и части ГПБА, трубчатое хранилище для размещения другой части ГПБА и ее оконечного стабилизатора, устройства герметизации торцов трубчатого хранилища, одно из которых размещено на ближнем к лебедке торце трубчатого хранилища, другое - на противоположном торце трубчатого хранилища, в виде шайбы с вогнутой поверхностью, сопрягаемой с лобовой поверхностью оконечного стабилизатора, устройство создания избыточного гидравлического давления во внутреннем объеме трубчатого хранилища, соединенное с ближним к лебедке торцом герметичным патрубком, причем устройство герметизации на ближнем к лебедке торце трубчатого хранилища выполнено в виде цилиндрического модуля такого же внутреннего диаметра, что и трубчатое хранилище, жестко и герметично соединенного с ним, внутри модуля установлен набор диафрагм из эластичного материала, каждая из диафрагм имеет наружный диаметр, равный внутреннему диаметру цилиндрического модуля, в каждой из диафрагм выполнено центральное отверстие диаметром, равным или меньшим диаметра оболочки ГПБА, при этом каждая диафрагма разделена на сегменты с помощью радиальных надрезов, причем диафрагмы через кольцевые прокладки установлены таким образом, что надрезы на каждой последующей диафрагме смещены по кругу относительно предыдущей.

2. УПВ по п.1, в котором соединение цилиндрического модуля с трубчатым хранилищем выполнено с помощью торцевых фланцев.

3. УПВ по п.1, в котором каждая диафрагма выполнена как единое целое с одной кольцевой прокладкой.