Гидродинамический трал
Владельцы патента RU 2413650:
Учреждение Российской академии наук Санкт-Петербургский научный центр РАН (RU)
Изобретение относится к области морской военной техники. Гидродинамический трал содержит низкочастотный вихревой гидродинамический излучатель, соединенный с поддерживающим буем, статическим углубителем и кабелем-буксиром. Корпус гидродинамического излучателя выполнен в виде трубы со стабилизирующими крыльями. Открытый конец трубы обращен навстречу набегающему потоку. С другой стороны труба закрыта эластичной крышкой-мембраной, за которой закреплен размещенный под защитным кожухом ударный механизм с аппаратурой управления. Гидродинамический излучатель создает последовательность вихрей, образующих области пониженного давления. Достигается воздействие на взрыватель мины на значительном расстоянии. 5 ил.
Изобретение относится к морскому противоминному оружию, в частности - к гидродинамическим тралам, и предназначено для траления морских мин, имеющих гидродинамический канал.
Известны гидродинамические тралы, выполненные в виде буксируемых по поверхности кораблем-буксировщиком водоизмещающих тел, водоизмещение которых должно быть примерно таким же, как водоизмещение имитируемых кораблей. При буксировке таких тел так же, как и при движении корабля, под ними на грунте создается зона разрежения - пониженное давление (гидродинамическое поле), на которое реагируют неконтактные взрыватели мин. Водоизмещающие тела могут быть выполнены в виде твердых или мягких наполняемых водой оболочек; водоизмещающими телами могут быть также обычные баржи, имеющие повышенную взрывостойкость, выполненные, в том числе, из отдельных взаимозаменяемых секций (см. журнал «Морской сборник» №9 за 1988 г., стр.65-68).
Известна также конструкция буксируемого гидродинамического трала, выполненная в виде стального пустотелого несущего крыла отрицательной плавучести размерами 20×3,5 м, которое буксируется у дна на небольшом расстоянии, удерживаемом с помощью стоек со стальными катками, движущимися по грунту. Под крылом создается зона разрежения, которая удлиняется с помощью буксируемой за крылом протяженной эластичной пластины, ходовая кромка которой удерживается гибкой плавучестью. Длительность воздействия пониженного давления составляет не менее 8 с. При взрыве эластичная пластина и плавучесть разрушаются и подлежат замене. Эта конструкция выбрана авторами в качестве прототипа (см. А.А.Кондратович, Г.Г.Пиянзов, «Противоминное оружие», М., Военное издательство, 1989, с.35-38).
Основным недостатком прототипа и всех известных конструкций буксируемых гидродинамических тралов является то, что зона разрежения создается непосредственно под устройством, создающим эту зону, что приводит к взрыву мины непосредственно под устройством, вызывая его разрушение, т.е. практически все известные конструкции буксируемых гидродинамических тралов являются одноразовыми системами.
Целью настоящего изобретения является создание источника гидродинамического поля, в котором зона разрежения, воздействующая на гидродинамический канал неконтактного взрывателя мины, располагалась бы на значительном удалении от источника поля.
Поставленная цель достигается тем, что в гидродинамическом трале, содержащем устройство, создающее гидродинамическое поле, кабель-буксир, поддерживающий буй и статический углубитель, в качестве источника гидродинамического поля применен низкочастотный гидродинамический вихревой излучатель, соединенный с кабель-буксиром, поддерживающим буем и статическим углубителем, причем корпус излучателя выполнен в виде трубы со стабилизирующими крыльями, открытым концом обращенной навстречу набегающему потоку, а с другой стороны труба закрыта эластичной крышкой-мембраной, за которой закрытый защитным кожухом с отверстиями на ребрах жесткости закреплен ударный механизм с аппаратурой управления, питание и управление которым осуществляются по кабель-буксиру.
Такое выполнение гидродинамического трала позволяет создать источник гидродинамического поля, в котором зона разрежения, воздействующая на гидродинамический канал неконтактного взрывателя мины, располагается на значительном расстоянии впереди источника поля. При этом длина кабель-буксира выбирается такой, чтобы излучаемое гидродинамическое поле затухало, не доходя до буксировщика трала.
Другие технические решения, содержащие признаки, изложенные в формуле изобретения в качестве отличительных признаков, неизвестны.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 показан общий вид гидродинамического трала; на фиг.2 - низкочастотный гидродинамический вихревой излучатель (далее - излучатель); на фиг.3 - кольцевой вихрь в принятой системе координатнат; на фиг.4 - вид области разрежения, создаваемой одиночным тороидальным кольцевым вихрем в принятой системе координат; на фиг.5 - вид области разрежения, создаваемой системой тороидальных кольцевых вихрей.
Предлагаемое устройство гидродинамического трала содержит излучатель 1 с буксирными планками 2, кабель-буксир 3, поддерживающий буй 4, оттяжку поддерживающего буя 5, статический углубитель, состоящий из набора грузов 6 и гайдропа 7, системы кольцевых вихрей 8. Излучатель 1 состоит из корпуса 9 со стабилизирующими крыльями 10, эластичной крышки-мембраны 11, ударного механизма 12 с аппаратурой управления 13, ребер жесткости 14, защитного кожуха 15 с отверстиями 16, отверстия трубы 17.
Работа предлагаемого гидродинамического трала происходит следующим образом.
Излучатель 1 на фиг.1 буксируется за кабель-буксир 3, который крепится к буксирной планке 2 на верхней поверхности корпуса излучателя. Поддержание излучателя 1 на плаву обеспечивается поддерживающим буем 4, связанным с излучателем при помощью оттяжки 5, закрепленной на верхней буксирной планке 2. Для удержания излучателя 1 на определенном расстоянии от грунта применен статический углубитель, состоящий из набора грузов 6 и гайдропа 7, который крепится к буксирной планке 2 на нижней поверхности корпуса излучателя 1.
Для стабилизации хода излучателя 1 (фиг.2) на его корпусе установлены стабилизирующие крылья 10. Сзади корпус излучателя 9 закрыт эластичной крышкой-мембраной 11, рядом с которой на ребрах жесткости 14 закреплен ударный механизм 12. Управление частотой следования и интенсивностью ударов обеспечивается аппаратурой управления 13, которая вместе с ударным механизмом 12 закрыта защитным кожухом 15. Отверстия 16 служат для заполнения защитного кожуха водой для выравнивания давления на эластичную крышку-мембрану 11.
Спереди корпус излучателя 9 имеет отверстие 17, из которого выходят излучаемые кольцевые вихри 8. При ударе, наносимом по команде аппаратуры управления ударным механизмом 12 по эластичной крышке-мембране 11, из отверстия 17 на переднем конце корпуса вылетает тороидальный кольцевой вихрь 8, изображенный на фиг.3. Перепад давления ΔР под одиночным кольцевым вихрем в точке М в системе координат, изображенной на фиг.3 определяется формулой
где:
В формулах (1)-(5) обозначено:
ρ - массовая плотность морской воды;
w0 - скорость перемещения вихря, определяемая формулой (2);
Г - циркуляция вихря, определяемая формулой (3);
R0 - радиус вихря;
r - радиус ядра вихря;
ω - угловая скорость в ядре вихря;
θ - полярный угол в выбранной системе координат;
ν(х) - скорость, индуцируемая кольцевым вихрем в точке М с координатами (R,θ,x) (при поступательном движении вихря относительно неподвижной точки М координаты R и θ в выбранной системе координат постоянны);
l - расстояние от элемента вихря dS до точки М с координатами (R,θ,x);
R - длина радиус-вектора в выбранной системе координат;
X - текущая координата по оси х (аппликата).
При излучении последовательности вихрей суммарный перепад давления ΔPs определяется как сумма перепадов давлений, создаваемых отдельными вихрями ΔPi:
где n - общее число вихрей, поле которых учитывается при расчетах.
На графике фиг.5 представлена зависимость ΔPS=f(x) при излучении последовательности вихрей, создающих область пониженного давления протяженностью L, необходимую для срабатывания неконтактных взрывателей мин.
Использование предложенного низкочастотного гидродинамического излучателя в гидродинамическом трале выгодно отличает его от указанного прототипа. Получаемая зона разрежения, воздействующая на гидродинамический канал неконтактного взрывателя мины и вызывающая ее взрыв, располагается на значительном расстоянии перед источником поля.
Возможность создания зоны разрежения с требуемыми параметрами путем генерации последовательности тороидальных вихревых колец подтверждена испытаниями модели аналогичного устройства в бассейне Военно-морского инженерного института, г.Пушкин, акт №3-17 / 09 от 4 февраля 2009 г.
Гидродинамический трал, содержащий устройство, создающее гидродинамическое поле, кабель-буксир, поддерживающий буй и статический углубитель, отличающийся тем, что в качестве источника гидродинамического поля применен низкочастотный вихревой гидродинамический излучатель, соединенный с кабель-буксиром, поддерживающим буем и статическим углубителем, причем корпус излучателя выполнен в виде трубы со стабилизирующими крыльями, открытым концом обращенной навстречу набегающему потоку, а с другой стороны труба закрыта эластичной крышкой-мембраной, за которой закрытый защитным кожухом с отверстиями на ребрах жесткости закреплен ударный механизм с аппаратурой управления, питание и управление которым осуществляется по кабель-буксиру.
