Невращающееся подъемно-мачтовое устройство подводной лодки
Изобретение относится к судостроению, а именно, к подъемно-мачтовым устройствам подводных лодок. Подъемно-мачтовое устройство содержит направляющие опоры в прочном корпусе подводной лодки и ограждении рубки и выдвижную мачту, выполненную в верхней части чечевицеобразной в поперечном сечении формы, с выступами на носовой и кормовой кромках. При этом выдвижная мачта в нижней части выполнена круглой в поперечном сечении входящей в прочный корпус подводной лодки. Технический результат заключается в снижении вибрации и шумоизлучения. 1 ил. 
Изобретение относится к области прикладной гидромеханики и предназначено для использования на подводных лодках (ПЛ) для уменьшения вибрации, снижения шума обтекания и увеличения надежности работы подъемно-мачтовых устройств (ПМУ).
ПМУ устанавливаются на подводных лодках и служат для обеспечения связи, навигационного наблюдения, радиолокационных, астронавигационных и других измерений.
Как правило, ПМУ представляет собой круглую цилиндрическую мачту, имеющую на свободном конце ту или иную наделку (радиолокационный антенный пост, штыревую антенну и т.п.) и установленную в двух или трех круглых опорах, жестко связанных с корпусом ПЛ. При подъеме и опускании ПМУ перемещается вдоль своей продольной оси.
ПМУ подразделяются на вращающиеся, то есть такие, которые при работе поворачиваются относительно своей вертикальной оси и невращающиеся, то есть такие, которые относительно своей вертикальной оси не поворачиваются.
При всплытии ПЛ на перископную глубину или при движении в перископном положении на поднятое ПМУ действуют периодические гидродинамические силы, вызываемые срывом с его поверхности вихрей. Эти силы вызывают колебания ПМУ, амплитуда которых у свободного конца в некоторых случаях превышает диаметр его трубы.
Вибрация отрицательно сказывается на прочности ПМУ, вызывает большие погрешности в работе антенных постов и является причиной снижения ресурса ПМУ. Кроме того, шум, вызванный обтеканием ПМУ, так называемый шум обтекания, и шум, вызванный вибрацией ПМУ, как показывают исследования, могут достигать недопустимого уровня для вновь проектируемых ПЛ.
Из всего сказанного следует, что мероприятия, направленные на уменьшение вибрации ПМУ имеют большое значение.
Прототипом предлагаемого устройства является "Невращающееся выдвижное устройство подводной лодки" по авт. св. №1839914.
Прототип представляет собой ПМУ с трубой и прикрепленным к ней в тыльной части обтекателем большой относительной толщины со срезанной кормовой частью.
К недостаткам прототипа относится следующее:
1. Большая относительная толщина обтекателя и отрыв пограничного слоя, происходящий вблизи кормового среза, являются причинами значительного шумоизлучения при обтекании.
2. Сложная геометрия обтекателя, что приводит к усложнению и удорожанию технологии изготовления ПМУ и его опорных конструкций.
Целью настоящего изобретения является снижение уровней вибрации, и шумоизлучения ПМУ, уменьшение буруна за мачтой, упрощение технологии изготовления и монтажа и снижение вероятности обнаружения ПЛ при работающем ПМУ с помощью средств радиолокации.
Достигается эта цель с помощью комбинированной конструкции ПМУ. Мачта устройства состоит из двух частей. Верхняя часть ее 1, обтекаемая потоком, выполняется с чечевицеобразным поперечным сечением (см. фиг.1). Причем в носовой и кормовой оконечностях этого профиля имеются выступы 3, которые входят в направляющие опор ПМУ. Нижняя часть мачты 2 имеет круглое сечение с диаметром, равным хорде профиля верхней части. Так что опоры остаются круглыми, как для обычных ПМУ, лишь в верхних двух опорах должны быть предусмотрены выемы - направляющие. Относительная толщина профиля верхней части мачты, как показали конструкторские проработки применительно к разрабатываемым ПМУ, может измениться в пределах 0,35÷0,65.
Для ПМУ с небольшой нагрузкой в плоскости шпангоута возможен вариант ПМУ без выступов входящих в пазы верхних опор. Тогда кромки обтекателя выполняются закругленными по радиусу.
Предлагаемое техническое решение обладает следующими преимуществами по сравнению с традиционной конструкцией ПМУ. Прежде всего, в связи с уменьшением коэффициента силы лобового сопротивления часть ПМУ, выходящей в поток, в 2÷4 раза соответственно уменьшается звуковая мощность вихревого шума (шума обтекания), вычисляемая по формуле
где: 
; dн - диаметр трубы или ширина обтекателя;
L - вылет трубы или обтекателя; 
- скорость потока;
С - скорость звука в воде; 
- плотность воды;
Sh - число Струхаля.
При одинаковых L, dн, , Sh мощность шума, излучаемая ПМУ с обтекателем, будет в 4-9 раз меньше, чем у ПМУ с круглой трубой. Учитывая, что ширина обтекателя по конструктивным проработкам на 35÷65% меньше, чем у трубы, следует ожидать уменьшения мощности звука более, чем в 10 раз.
Для ПМУ с обтекателем существенно уменьшится высота и ширина буруна, создаваемого ПМУ. Эти величины в соответствии с данными модельных и натурных испытаний уменьшатся пропорционально уменьшению Сх, т.е. в 2÷3 раза. Естественно, вероятность обнаружения ПЛ по буруну ПМУ станет ниже.
Испытания динамически подобных моделей ПМУ с обтекателями по одной из тем предприятия показали, что для ПМУ с предлагаемыми формами поперечного сечения амплитуда вибрации будет в 4÷6 раз меньше, чем у ПМУ с круглой трубой. Следовательно, для ПМУ по предлагаемому техническому решению существенно уменьшится уровень шума, возникающего вследствие вибрации ПМУ. Уменьшение уровня шума можно оценить по интенсивности шума, определяемой по формуле
где 
, 
- круговая частота колебаний,
с - скорость звука в воде, М - изгибающий момент, R - расстояние до исследуемой точки. Как видно из формулы, интенсивность шума уменьшится пропорционально уменьшению момента, который в свою очередь пропорционален амплитуде колебаний.
Существенными отличиями предлагаемого технического решения от прототипа являются:
1. Мачта состоит из двух частей разного сечения.
2. Верхняя часть, чечевичного или крылового сечения, имеет или не имеет (по п.2) в носовой и кормовой частях выступы, входящие в выемы направляющих опор.
3. Нижняя часть имеет диаметр, равный хорде профиля верхней части без учета выступов.
Все это позволяет считать предлагаемое устройство удовлетворяющим критерию "новизна".
Анализ патентной и научно-технической литературы не позволил обнаружить технических решений со сходными существенными признаками. Следовательно, можно сделать вывод о том, что предлагаемое решение соответствует критерию "существенные отличия".
Формула изобретения
Невращающееся подъемно-мачтовое устройство подводной лодки, содержащее выдвижную мачту и направляющие опоры в прочном корпусе и ограждении рубки, отличающееся тем, что, с целью повышения технологичности и снижения уровней вибрации и шумоизлучения, мачта выполнена из верхней части чечевицеобразной в поперечном сечении формы с выступами на носовой и кормовой кромках и нижней круглой в поперечном сечении, входящей в прочный корпус подводной лодки части, диаметр которой равен наибольшему размеру сечения верхней части мачты без учета выступов, при этом длина верхней части мачты меньше высоты ограждения рубки.
РИСУНКИ
