RU2252896C2

RU2252896C2 - Device for evacuation of cylindrical module out of underwater station to water surface

Info

Publication number: RU2252896C2
Application number: RU2003101140/11A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Кобцев (RU); В.Г. Кобцев; С.А. Рашковский (RU); С.А. Рашковский; А.Б. Бобович (RU); А.Б. Бобович; А.А. Шишков (RU); А.А. Шишков; Ю.С. Соломонов (RU); Ю.С. Соломонов; А.П. Сухадольский (RU); А.П. Сухадольский; Г.Ф. Король (RU); Г.Ф. Король; С.А. Калашников (RU); С.А. Калашников; С.В. Конопатов (RU); С.В. Конопатов; В.С. Мухамедов (RU); В.С. Мухамедов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Московский институт теплотехники"
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2005-05-27

Abstract

FIELD: devices for evacuation of underwater modules to water surface.

SUBSTANCE: proposed device includes launch well mounted on underwater station for arrangement of cylindrical module in it and provided with cover and shutter mounted between well wall and module. Device is also provided with gas generator mounted on cylindrical module and used for forming cavity around this module. Said gas generator is made in form of belt located on the outside of cylindrical module in its fore portion. This belt is made from solid hydro-reacting fuel with combustion initiator. Upper side of this belt has flat surface. Mounted in wall of launch well are gas generators for supercharging the under-cover space; they are communicated with cavity formed by cover, wall of launch well and shutter.

EFFECT: enhanced stability of motion of module in water.

3 cl, 4 dwg

Description

В настоящее время существует техническая проблема доставки с подводной станции на поверхность воды цилиндрического модуля, находящегося в стартовом колодце станции, при сильных подводных течениях. Для исключения (снижения) влияния бокового гидравлического напора, тем самым - снижения нагрузки на модуль при эвакуации на поверхность воды, необходимо создать каверну, обеспечивающую устойчивое движение модуля в воде, в которой находился бы модуль все время движения в воде. Для этого необходимо создать удлиненную каверну, высота которой равна приблизительно длине модуля.Currently, there is a technical problem of delivery from a submarine station to the surface of the water of a cylindrical module located in the starting well of the station with strong undercurrents. To eliminate (reduce) the influence of lateral hydraulic pressure, thereby reducing the load on the module during evacuation to the surface of the water, it is necessary to create a cavity that ensures the module moves in the water in a stable state, in which the module will be in the water all the time. To do this, create an elongated cavity, the height of which is approximately equal to the length of the module.

Известно устройство для формирования кольцевой каверны вокруг движущегося в воде объекта, установленное в его передней части, где через боковые сопла - отверстия ресивера, соединенного с газогенератором, истекает газ, и при продольном движении объекта в воде растекается по наружной поверхности объекта, тем самым снижая на объект гидродинамическую нагрузку (см., например, кн. “Стратегическим ракетоносцам - быть!”, авт. А.А. Запольский, вып.11, рис.21, стр.133, СПМБ “Малахит”, С.-Петербург, 1998 г.), взятое авторами за прототип.A device is known for forming an annular cavity around an object moving in water, installed in its front part, where gas flows out through the side nozzles of the receiver connected to the gas generator, and when the object moves longitudinally in water, it spreads along the outer surface of the object, thereby reducing object hydrodynamic load (see, for example, the book “Strategic missile carriers - be!”, author A.A. Zapolsky, issue 11, fig. 21, p. 133, SPBM “Malachite”, St. Petersburg, 1998 g.), taken by the authors as a prototype.

Недостаток этого устройства состоит в следующем. Установка на модуле газогенератора приводит к увеличению массы модуля и усложнению его конструкции. Кроме того, любая аварийная ситуация при работе газогенератора, установленного на модуле (взрыв, пожар), приведет к повреждению самого модуля и не позволит выполнить стоящие перед ним задачи. Это снижает надежность работы модуля и значительно снижает скорость модуля за счет его большого сопротивления в воде.The disadvantage of this device is as follows. Installation on the gas generator module leads to an increase in the mass of the module and the complexity of its design. In addition, any emergency during operation of the gas generator installed on the module (explosion, fire) will damage the module itself and will not allow it to fulfill its tasks. This reduces the reliability of the module and significantly reduces the speed of the module due to its high resistance in water.

Суть предлагаемого устройства состоит в том, что газогенератор для формирования кольцевой каверны установлен снаружи на носовой части модуля и представляет собой пояс из гидрореагирующего твердого топлива (ТГРТ), которое после воспламенения (или от электрозапала, или от высокотемпературных газов) продолжает гореть в воде и выделять малорастворяющиеся неконденсирующиеся в воде газы и создает перегретый водяной пар (см., например, кн. Л. Грейнера “Гидродинамика и энергетика подводных аппаратов”, изд. Судостроение, Ленинград, 1978 г., стр.224-227).The essence of the proposed device is that the gas generator for the formation of an annular cavity is installed externally on the bow of the module and is a belt of hydroreacting solid fuel (TGRT), which after ignition (either from an electric igniter or from high-temperature gases) continues to burn in water and emit slightly soluble non-condensable gases in water and creates superheated water vapor (see, for example, Prince L. Greiner “Hydrodynamics and power engineering of underwater vehicles”, ed. Sudostroenie, Leningrad, 1978, pp. 224-22 7).

Масса потребного количества ТГРТ (m_тгрт) определяется в зависимости от габаритов цилиндрического модуля, глубины старта, скорости всплытия.The mass of the required amount of TGRT (m _tgrt ) is determined depending on the dimensions of the cylindrical module, the depth of start, the speed of ascent.

Для гарантированного обеспечения нахождения модуля при движении в газовом пузыре (исходя из расчетов и модельных экспериментов) диаметр кольцевой каверны должен превышать наружный диаметр (d) цилиндрического модуля (≈ на 20-40% при отношении длины модуля (L) к его диаметру L/d=4-6).To ensure that the module is located when moving in a gas bubble (based on calculations and model experiments), the diameter of the annular cavity should exceed the outer diameter (d) of the cylindrical module (≈ 20–40% when the ratio of the module length (L) to its diameter L / d = 4-6).

Тогда, m_тгрт=(0,35-0,75)· d²· V· τ · ρ , гдеThen, m _tgrt = (0.35-0.75) · d ² · V · τ · ρ, where

V - средняя скорость всплытия модуля,V is the average ascent rate of the module,

τ - время всплытия,τ is the ascent time,

ρ - плотность парогазовой смеси при сгорании единицы массы ТГРТ.ρ is the density of the vapor-gas mixture during the combustion of a unit mass of TGRT.

При ρ =2-3 ед.When ρ = 2-3 units.

m_тгрт=(0,7-2,4)d²· V· τm _tgrt = (0.7-2.4) d ² · V · τ

Плоская поверхность передней кромки пояса из ТГРТ обеспечивает разрежение за поясом и создает условия образования носовой каверны, которая заполняется парогазовой смесью от ТГРТ, а срыв набегающего на модуль потока воды при движении исключает эффект гашения ТГРТ (см., например, кн. Г.Н. Абрамовича “Теория турбулентных струй”, М., Физмат. Литература, 1960 г., стр.426-427), а турбулизация потока воды за кромкой обеспечивает перемешивание продуктов сгорания ТГРТ с водой и увеличивает массу парогазовой смеси в 2-3 раза.The flat surface of the leading edge of the TGRT belt provides rarefaction behind the belt and creates the conditions for the formation of a nasal cavity, which is filled with the vapor-gas mixture from the TGRT, and the stall of the flow of water incident on the module excludes the effect of quenching the TGRT (see, for example, Prince G.N. Abramovich “Theory of turbulent jets”, M., Fizmat. Literature, 1960, p. 426-427), and turbulization of the water flow beyond the edge provides mixing of the TGRT combustion products with water and increases the mass of the gas-vapor mixture by 2–3 times.

Предлагаемое устройство содержит: узел формирования каверны в виде кольцевого генератора из ТГРТ, установленного на носовой части модуля, узел запуска газогенератора, который связан с командным пультом. Узел запуска может состоять из высокотемпературных газогенераторов (например, из твердого топлива), установленных в теле стартового колодца и используемых в начале старта модуля для наддува пространства между крышкой колодца и передней частью модуля, ограниченного обтюратором между внутренней стенкой колодца и наружной поверхностью модуля, выполненным из эластичного материала (например, резины).The proposed device contains: a node for forming a cavity in the form of a ring generator of TGRT mounted on the bow of the module, a start unit for a gas generator, which is connected to the command console. The start-up unit can consist of high-temperature gas generators (for example, solid fuel) installed in the body of the start well and used at the start of the start of the module to pressurize the space between the well cover and the front of the module, limited by the obturator between the inside wall of the well and the outer surface of the module made of elastic material (e.g. rubber).

Устройство для эвакуации из подводной станции на поверхность воды цилиндрического модуля поясняется чертежами:A device for evacuating from an underwater station to the water surface of a cylindrical module is illustrated by the drawings:

фиг.1 - продольный разрез;figure 1 is a longitudinal section;

фиг.2 - вид сверху;figure 2 is a top view;

фиг.3 - схема развития каверны в начале движения модуля в воде;figure 3 - diagram of the development of the cavity at the beginning of the movement of the module in the water;

фиг.4 - вид модуля в каверне.figure 4 - view of the module in the cavity.

Устройство для эвакуации цилиндрического модуля 1 (фиг.1), находящегося в стартовом колодце 2 с крышкой 3 подводной станции 4, содержит кольцевой газогенератор из ТГРТ 5 для создания кавитационной каверны при движении модуля в воде. Газогенератор 5 установлен в носовой части модуля 1 снаружи на боковой поверхности и может быть выполнен, например, в виде отдельных одинаковых шашек-секций 6 из ТГРТ, прикрепленных, например приклеенных, по кольцу к поверхности обтекателя модуля 1. Каждая шашка-секция имеет переднюю плоскую (горизонтальную) и вертикальную боковую поверхность. Выполнение газогенератора (ГГ) из отдельных секций позволяет упростить автономную отработку ГГ, так как полученные энергетические характеристики с одного элемента будут аналогично распространены на все элементы ГГ. Каждая шашка-секция ГГ имеет снаружи защитное, например, пленочное покрытие, которое сгорает при температуре выше 100-200° С. К одной (или нескольким) шашке-секции ГГ подключен электрозапал 7, задействование которого происходит от пульта управления модулем, расположенным, например, в носовой части модуля. Между крышкой 3 стартового колодца и обтюратором 8, установленным между модулем 1 и внутренней поверхностью колодца 2 образована замкнутая полость, которая при старте модуля заполняется высокотемпературным газом от газогенератора (газогенераторов) 9, например твердотопливных. Это нужно для того, чтобы создать давление, превышающее гидростатическое для данной глубины, и разрушить крышку 3, например, по заданным ослабленным сечениям, при начале движения модуля. Задействование шашек-секций ГГ 5 может осуществляться и без команды на электрозапал 7, а после задействования твердотопливного ГГ 9, температура продуктов сгорания которого превышает 600° С.A device for evacuating the cylindrical module 1 (Fig. 1), located in the start well 2 with the cover 3 of the underwater station 4, contains an annular gas generator from TGRT 5 to create a cavitation cavity when the module moves in water. The gas generator 5 is installed in the nose of the module 1 on the outside on the side surface and can be made, for example, in the form of separate identical checkers sections 6 of TGRT, attached, for example, glued, along the ring to the surface of the fairing of module 1. Each checker section has a front flat (horizontal) and vertical side surface. The implementation of the gas generator (GG) from individual sections allows us to simplify the autonomous development of the GG, since the energy characteristics obtained from one element will be similarly distributed to all elements of the GG. Each checker-section of the GG has an external protective, for example, film coating, which burns out at a temperature above 100-200 ° C. An electric valve 7 is connected to one (or several) checker-sections of the GG, which is activated from the control panel of a module located, for example in the bow of the module. A closed cavity is formed between the cover 3 of the start well and the obturator 8 installed between the module 1 and the inner surface of the well 2, which at the start of the module is filled with high-temperature gas from the gas generator (s) 9, for example, solid fuel. This is necessary in order to create a pressure in excess of hydrostatic for a given depth, and to destroy the cover 3, for example, at given weakened sections, at the beginning of the movement of the module. The action of the checkers sections of the GG 5 can be carried out without a command for the electric valve 7, and after using the solid fuel GG 9, the temperature of the combustion products of which exceeds 600 ° C.

Перед стартом цилиндрического модуля 1 по команде от пульта управления срабатывает ГГ наддува 9 и от горячих газов воспламеняются шашки-секции кольцевого ГГ (кавитатора) 5. От избыточного давления в подкрышечном объеме разрушается крышка 3, освобождая проход для модуля 1. Шашки-секции 6 вначале горят по всей наружной поверхности, а под воздействием набегающего потока воды происходит гашение шашек на передней кромке, но ввиду срыва потока воды и его турбулизации за передней (кольцевой) кромкой происходит перемешивание продуктов сгорания шашек ТГРТ с водой и, как следствие, увеличение массы парогазовой смеси. По мере выхода модуля 1 из колодца 2 (см. фиг.3) парогазовая смесь заполняет зазор (полость) между обтюратором 8 и кольцевым поясом шашек кавитатора (генератор 5), при этом элементы крышки 3 либо отклонены вертикально (вдоль оси модуля), либо отсутствуют. После выхода модуля 1 из колодца 2 наружная поверхность модуля практически полностью находится в парогазовой каверне, образованной кольцевым поясом из ТГРТ (см. фиг.4), при этом гидродинамическая нагрузка на него минимальна.Before the start of the cylindrical module 1, the supercharger GG 9 is triggered by a command from the control panel and the checkers-sections of the annular GG (cavitator) are ignited from hot gases 5. Cover 3 is destroyed from excess pressure in the axillary volume, freeing the passage for module 1. Checkers-sections 6 at the beginning they burn across the entire outer surface, and under the influence of an oncoming water stream, the checkers are extinguished at the leading edge, but due to the disruption of the water stream and its turbulization behind the front (ring) edge, the mixing of the combustion products TGRT to water and, consequently, the increase in mass vapor mixture. As module 1 exits well 2 (see Fig. 3), the gas-vapor mixture fills the gap (cavity) between the obturator 8 and the annular belt of cavitator checkers (generator 5), while the elements of the cover 3 are either deflected vertically (along the axis of the module), or are absent. After the exit of module 1 from well 2, the outer surface of the module is almost completely located in the gas-vapor cavity formed by an annular belt of TGRT (see Fig. 4), while the hydrodynamic load on it is minimal.

Предлагаемое устройство подводной станции для эвакуации на поверхность воды цилиндрического модуля обеспечивает устойчивое движение модуля в воде за счет образования носовой каверны и также обеспечивает выполнение задачи по существенному снижению (исключению) гидродинамической боковой нагрузки на модуль при старте и движении в воде, а также снижает пассивную массу конструкции модуля, так как шашки-секции кавитатора полностью сгорают либо еще в воде, либо догорают над поверхностью воды, облегчая модуль.The proposed device of an underwater station for evacuation of a cylindrical module to the water surface ensures stable module movement in water due to the formation of a bow cavity and also provides the task of significantly reducing (eliminating) the hydrodynamic lateral load on the module during start-up and movement in water, and also reduces passive mass module designs, since the cavitation checkers sections completely burn out either in water or burn out above the water surface, facilitating the module.

Claims

1. Device for evacuating from an underwater station to the surface of the water of a cylindrical module, comprising a start well installed on the underwater station to place a cylindrical module in it and made with a lid and a seal installed between the wall of the well and the module, as well as mounted on a cylindrical a gas generator module for forming a cavity around this module, characterized in that said gas generator is made in the form of a cylindrically located externally on the nose of the first module of a belt of solid hydroreactive fuel (TGRT) with a combustion initiator, the upper side of this belt having a flat surface and gas generators for pressurizing the underneath space in communication with the cavity formed by the cover, the wall of the starting well, and the obturator.

2. The device according to claim 1, characterized in that the belt of TGRT is made in the form of separate, equally spaced checkers sections, and the initiator of combustion is made in the form of an electric fuse connected to the control panel of the module.

3. The device according to claim 1, characterized in that the gas generators of pressurization of the axillary space are made in the form of high-temperature gas generators.