RU2197408C2

RU2197408C2 - Submersible vehicle with single engine for surface and underwater running

Info

Publication number: RU2197408C2
Application number: RU2001101819/28A
Authority: RU
Inventors: В.С. Григорчук
Original assignee: Григорчук Владимир Степанович
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: shipbuilding; designing submersible vehicles. SUBSTANCE: outer hull of vehicle and outer hull of conning tower are made in form of parallelepipeds pointed at the front and at the rear. Wave horizontal fins fitted in front portion of each hull form wave passages which are open at the front and at the rear. Power plant for surface and underwater running consists of gas-turbine engine with several gas turbines isolated from one another and mounted on common shaft. Inlet and outlet passages of each gas turbine are interconnected by means of pipe line provided with pipe union on the outside which is fitted with shut-off cock and cooler with gas ionizer, accelerating system and neutralizer arranged inside it. Inner cavities of gas turbines and pipe lines are filled with hydrogen under pressure which performs function of working medium. Gas-turbine engine is supplied from nuclear high-voltage batteries. EFFECT: improved service properties. 20 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и может найти применение в качестве подводного аппарата. The invention relates to the field of shipbuilding and may find application as an underwater vehicle.

Известна французская подводная лодка "Нарвал" с раздельными двигателями для надводного и подводного хода, содержащая прочный корпус, легкий корпус, рубку, цистерны главного балласта, дифферентовочные цистерны, паросиловую установку для надводного хода и привода генератора, электрическую установку для подводного хода, соединенную с гребным винтом, системы жизнеобеспечения. Водоизмещение 117/200 т, длина 34 м, ширина 3,8 м, скорость 10/3 уз, дальность плавания 400/40 миль (Морской энциклопедический словарь. /Под ред. д. т.н. В.В. Дмитриева, т. 2, К-П, СПб, Судостроение, 1993, с. 347-348). Famous French submarine "Narwhal" with separate engines for surface and underwater running, comprising a sturdy hull, light hull, wheelhouse, main ballast tanks, trim tanks, a steam-powered installation for surface running and generator drive, an electrical installation for underwater running connected to the propeller screw life support systems. Displacement 117/200 t, length 34 m, width 3.8 m, speed 10/3 knots, cruising range 400/40 miles (Marine Encyclopedic Dictionary. / Ed. By the so-called V.V.Dmitrieva, t 2, K-P, St. Petersburg, Shipbuilding, 1993, p. 347-348).

Недостатки известной французской лодки "Нарвал": сложность запуска и остановки паровой установки при погружении и всплытии, небольшая скорость движения и дальность плавания. The disadvantages of the famous French boat "Narval": the difficulty of starting and stopping the steam installation during immersion and ascent, low speed and range.

Известна также подводная лодка с раздельными двигателями для надводного и подводного хода, содержащая прочный корпус, легкий корпус, рубку, дизельный двигатель для надводного хода, гребной электродвигатель со станцией управления, связанные через редукторы с гребными винтами, носовой и кормовой аккумуляторные отсеки, в которых размещены аккумуляторные батареи, цистерны главного балласта, дифферентовочные цистерны, системы сжатого воздуха среднего и высокого давления, системы жизнеобеспечения (С.Н. Прасолов, М.Б. Амитин. Устройство подводных лодок. - М.: Воениздат, 1973, с. 31). Also known is a submarine with separate engines for surface and underwater running, comprising a sturdy hull, lightweight hull, wheelhouse, diesel engine for surface running, a rowing electric motor with a control station, connected through gearboxes with propellers, bow and stern battery compartments, in which storage batteries, main ballast tanks, trim tanks, medium and high pressure compressed air systems, life support systems (S. N. Prasolov, M. B. Amitin. bottom boats. - M.: Military Publishing, 1973, p. 31).

Известная дизельная подводная лодка как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип. The well-known diesel submarine as the closest in technical essence and achieved useful result, adopted as a prototype.

Недостатками дизельной подводной лодки, принятой за прототип, являются ограниченный запас топлива, невозможность длительного движения под водой, большой вес гребных электродвигателей и аккумуляторных батарей, ограниченная автономность и дальность плавания. The disadvantages of the diesel submarine adopted for the prototype are the limited fuel supply, the impossibility of prolonged movement under water, the heavy weight of the propeller motors and batteries, the limited autonomy and range.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией подводной лодки. These shortcomings are due to the design of the submarine.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств подводного аппарата. The aim of the present invention is to improve the performance of the underwater vehicle.

Указанная цель обеспечивается тем, что в подводном аппарате, содержащем дизельный двигатель, гребные электродвигатели со станциями управления, аккумуляторные батареи, согласно изобретению легкий корпус аппарата и легкий корпус рубки выполненны в форме параллелепипедов, заостренных спереди и сзади, в передней части которых установлены горизонтальные волнистые ребра, образующие волновые каналы, открытые спереди и сзади, а силовая установка выполнена в форме газотурбоионного двигателя, представляющего собой несколько газовых турбин, изолированных друг от друга и размещенных на общем валу, один конец которого через центробежную муфту соединен с пусковым электродвигателем, а другой конец соединен с ведущим валом понижающего редуктора, причем входные и выходные каналы каждой из газовых турбин соединены между собой трубопроводами, каждый из которых имеет снаружи штуцер с запорным краном и охладитель, а внутри каждого из которых размещены ионизатор газа, ускоряющая система и нейтрализатор, кроме того, внутренние полости газовых турбин и трубопроводов заполнены водородом под давлением, который является рабочим телом, ядерными высоковольтными батареями, которые через коммутирующее устройство электрически соединены с ионизаторами газа, ускоряющими системами, нейтрализаторами газовых турбин, причем все ядерные высоковольтные батареи одинаковы по конструкции и каждая из них содержит корпус, внутрь которого вставлен эмиттер, содержащий соли радиоактивного металла и отделенный от корпуса вакуумом или диэлектриком, кроме того, все ядерные высоковольтные батареи разбиты на несколько групп и в каждой группе соединены последовательно, а между группами параллельно. This goal is ensured by the fact that in the underwater vehicle containing a diesel engine, propeller motors with control stations, storage batteries, according to the invention, the light body of the apparatus and the light wheelhouse are made in the form of parallelepipeds, pointed front and rear, in the front of which horizontal wavy ribs are installed forming wave channels, open front and rear, and the power plant is made in the form of a gas turbo-ion engine, which consists of several gas turbines, and sealed from each other and placed on a common shaft, one end of which is connected through a centrifugal clutch to the starting motor and the other end is connected to the drive shaft of the reduction gear, the input and output channels of each of the gas turbines are interconnected by pipelines, each of which has an outside a fitting with a shut-off valve and a cooler, and inside each of them there is a gas ionizer, an accelerating system and a neutralizer, in addition, the internal cavities of gas turbines and pipelines are filled with hydrogen under pressure, which is a working fluid, nuclear high-voltage batteries, which are electrically connected through a switching device to gas ionizers, accelerating systems, gas turbine neutralizers, all nuclear high-voltage batteries being the same in design and each of them contains a housing inside which an emitter is inserted, containing salts of a radioactive metal and separated from the casing by a vacuum or dielectric, in addition, all nuclear high-voltage batteries are divided into several groups and in each group connected in series, and between groups in parallel.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид подводного аппарата, на фигуре 2 - вид сверху на подводный аппарат, на фигуре 3 - устройство подводного аппарата в разрезе, на фигуре 4 - устройство редуктора заднего хода, на фигуре 5 - устройство носовой части легкого корпуса подводного аппарата, на фигуре 6 - устройство носовой части легкого корпуса рубки, на фигуре 7 - схема образования волновых каналов в носовых частях корпуса и рубки, на фигуре 8 - устройство гидромуфты, на фигуре 9 - устройство клапанов гидромуфты, на фигуре 10 - схема дополнительных сил, действующих на корпус подводного аппарата при движении передним ходом, на фигуре 11 - блок-схема силовой установки для надводного и подводного хода, на фигуре 12 - общий вид газотурбоионного двигателя, на фигуре 13 - вид слева на газотурбоионный двигатель, на фигуре 14 - вид справа на газотурбоионный двигатель, на фигуре 15 - вид на газотурбоионный двигатель в разрезе, на фигуре 16 - схема газотурбоионного двигателя, на фигуре 17 - электрическая схема газотурбоионного двигателя, на фигуре 18 - схема понижающего редуктора газотурбоионного двигателя, на фигуре 19 - устройство центробежной муфты газотурбоионного двигателя, на фигуре 20 - устройство ядерной высоковольтной батареи. The invention is illustrated by drawings, where in figure 1 shows a General view of an underwater vehicle, in figure 2 is a top view of an underwater vehicle, in figure 3 is a sectional view of an underwater vehicle, in figure 4 is a reverse gear device, in figure 5 is a bow device parts of the light body of the underwater vehicle, in figure 6 - the device of the bow of the light hull of the wheelhouse, in figure 7 - a diagram of the formation of wave channels in the bow of the hull and cabin, in figure 8 - the device of the fluid coupling, in figure 9 - the device of the valves of the hydraulic coupling, n and figure 10 is a diagram of the additional forces acting on the body of the underwater vehicle when moving forward, in figure 11 is a block diagram of a power plant for surface and underwater running, in figure 12 is a General view of a gas turbine engine, in figure 13 is a left view of a gas turbine engine, in Fig. 14 is a right side view of a gas turbo-ion engine, in Fig. 15 is a sectional view of a gas-turbo-ion engine, in Fig. 16 is a diagram of a gas-turbo-ion engine, in Fig. 17 is an electrical diagram of a gas-turbo-ion engine, in Fig. 18 is a reduction gear diagram a gas turbo-ion engine, FIG. 19 shows a centrifugal clutch of a gas turbo-ion engine, and FIG. 20 shows a nuclear high-voltage battery device.

Подводный аппарат с единым двигателем для надводного и подводного хода содержит легкий корпус 1 в форме параллелепипеда, заостренного спереди и сзади, в передней части которого закреплены волнистые горизонтальные ребра 2, образующие волновые каналы 3. Неполные волновые каналы заполнены фигурными вкладышами 4. В верхней части к легкому корпусу приварен легкий корпус рубки 5, выполненный в форме параллелепипида, заостренного спереди и сзади, в передней части которого закреплены волнистые горизонтальные ребра 6, образующие волновые каналы 7. Неполные волновые каналы заполнены фигурными вкладышами 8. И те, и другие волновые каналы образованы окружностями радиуса R, расположенными по обе стороны от прямой линии к каждой из них, являющейся касательной. Ширина волнового канала l равна радиусу окружности. Точки 9 и 10 соединяют прямую и волнистую линии. Снаружи легкого корпуса подводного аппарата установлены убирающиеся передние 11 и задние 12 горизонтальные рули, а также руль направления 13. The underwater vehicle with a single engine for surface and underwater travel contains a light body 1 in the form of a parallelepiped, pointed at the front and rear, in front of which there are fixed wavy horizontal ribs 2 that form wave channels 3. Incomplete wave channels are filled with shaped inserts 4. In the upper part to the light body is welded to the light cabin of the wheelhouse 5, made in the form of a parallelepipid, pointed in front and behind, in the front of which there are fixed wavy horizontal ribs 6 forming wave channels 7. Incomplete wave channels are filled with figured inserts 8. Both those and other wave channels are formed by circles of radius R located on both sides of a straight line to each of them, which is a tangent. The width of the wave channel l is equal to the radius of the circle. Points 9 and 10 connect a straight and wavy lines. Outside the light body of the underwater vehicle, retractable front 11 and rear 12 horizontal rudders are installed, as well as a rudder 13.

Внутри легкого корпуса размещен прочный корпус 14 цилиндрической формы с входным люком 15, разделенный на пассажирское 16 и моторное 17 отделения. Внутри пассажирского отделения размещены пульт управления 18, перископ 19 для подводного и надводного наблюдения, кресла 20. Под полом прочного корпуса размещено высоковольтное отделение 21, в котором установлен высоковольтный источник тока 22, представляющий собой ядерные высоковольтные батареи, разделенные на три группы: к первой группе относятся ядерные высоковольтные батареи 23, 24, 25, 26, 27, ко второй группе относятся ядерные высоковольтные батареи 28, 29, 30, 31, 32 и к третьей группе относятся ядерные высоковольтные батареи 33, 34, 35, 36, 37. В каждой группе ядерные высоковольтные батареи соединены между собой последовательно, а между группами - параллельно. В моторном отделении прочного корпуса размещен газотурбоионный двигатель 38, который посредством гидромуфты 39, редуктора заднего хода 40 и дейдвудного вала 41 соединен с гребным винтом 42. Внутри легкого корпуса установлены цистерны главного балласта 43, 44, дифферентовочные цистерны 45, 46, аккумуляторы 47. Внутри легкого корпуса рубки размещены входная шахта прочного корпуса 48 с входным люком 49, баллоны сжатого воздуха высокого давления 50, баллоны сжатого кислорода 51 и баллоны сжатого водорода 52. Газотурбоионный двигатель содержит корпуса 53, 54, 55, закрытые крышками 56, 57, 58, соединенные болтами между собой, внутри которых установлены газовые турбины 59, 60, 61, закрепленные на общем валу 62. К крайним корпусам прикреплены корпус 63 центробежной муфты, связанной с пусковым электродвигателем 64, и корпус 65 понижающего редуктора. Inside the lightweight housing there is a strong cylindrical housing 14 with an access hatch 15, divided into a passenger 16 and a motor compartment 17. Inside the passenger compartment, there is a control panel 18, a periscope 19 for underwater and surface surveillance, seats 20. A high-voltage compartment 21 is installed under the floor of the sturdy building, in which a high-voltage current source 22 is installed, which is a nuclear high-voltage battery divided into three groups: to the first group nuclear high-voltage batteries 23, 24, 25, 26, 27 belong, the second group includes nuclear high-voltage batteries 28, 29, 30, 31, 32 and the third group includes nuclear high-voltage batteries 33, 34, 35, 36, 37. In each gr Uppe nuclear high-voltage batteries are interconnected in series, and between groups in parallel. A gas turbo-ion engine 38 is located in the engine compartment of the sturdy case, which is connected to the propeller 42 by means of a hydraulic coupling 39, a reverse gear 40, and a stern shaft 41. The tanks of the main ballast 43, 44, trim tanks 45, 46, and batteries 47 are installed inside the lightweight housing. the light cabin of the wheelhouse housed the input shaft of the strong housing 48 with the access hatch 49, high pressure compressed air cylinders 50, compressed oxygen cylinders 51 and compressed hydrogen cylinders 52. The gas turbine engine contains housings 53, 54, 5 5, closed by covers 56, 57, 58, bolted to each other, inside which gas turbines 59, 60, 61 are mounted, mounted on a common shaft 62. The centrifugal clutch housing 63 connected to the starting motor 64 and the housing 65 are attached to the end housings reduction gear.

Центробежная муфта содержит ведущий вал 66, соединенный с валом пускового электродвигателя, на котором закреплена вилка 67, на концах которой с возможностью продольного перемещения установлены грузики 68, 69 с колодками 70, 71. На общем валу установлен диск 72 с фрикционной накладкой. Грузики удерживаются пружиной 73. Понижающий редуктор содержит две ведущие шестерни 74, 75, одна из которых через шестерню 76 приводит в движение генератор электрического тока 77, закрепленный на корпусе понижающего редуктора, а другая ведущая шестерня входит в зацепление с большой шестерней 78 каретки, закрепленной на водиле 79, установленном на валу 80 газотурбоионного двигателя. Малая шестерня 81 каретки входит в зацепление с неподвижной шестерней 82, закрепленной на корпусе понижающего редуктора. Впускной и выпускной каналы каждой из газовых турбин соединены между собой трубопроводами 83, 84, 85, снаружи которых установлены охладители 86, 87, 88 и штуцера с запорными кранами 89, которые соединены с баллонами сжатого водорода. The centrifugal clutch includes a drive shaft 66 connected to the shaft of the starting motor, on which the fork 67 is fixed, at the ends of which weights 68, 69 with pads 70, 71 are mounted with the possibility of longitudinal movement. A disk 72 with a friction lining is installed on the common shaft. The weights are held by a spring 73. The reduction gear comprises two drive gears 74, 75, one of which drives an electric current generator 77 through the gear 76 and is mounted on the housing of the reduction gear, while the other drive gear is engaged with the large gear 78 of the carriage mounted on carrier 79 mounted on a shaft 80 of a gas turbine engine. The small gear 81 of the carriage engages with the stationary gear 82 fixed to the housing of the reduction gear. The inlet and outlet channels of each of the gas turbines are interconnected by pipelines 83, 84, 85, outside of which coolers 86, 87, 88 and fittings with shut-off valves 89 are installed, which are connected to compressed hydrogen cylinders.

Внутри каждого из трубопроводов размещены ионизатор газа, ускоряющая система и нейтрализатор. Ионизатор газа содержит цилиндр 90, внутрь которого вставлен источник электронов 91 в форме стержня, соединенного с ускоряющей сеткой 92, подключенные к высоковольтному источнику тока. Там же установлены замедляющая сетка 93 и нейтрализатор 94 в форме сетки, также подключенные к высоковольтному источнику тока. Внутренние поверхности трубопроводов и лопасти газовых турбин покрыты изоляционным материалом, а снаружи на ионизаторе газа установлен соленоид 95. Все соленоиды соединены между собой последовательно и подключены к источнику тока. Внутренние полости трубопроводов и газовых турбин заполнены водородом под давлением, который является рабочим телом газотурбоионного двигателя. Inside each of the pipelines there is a gas ionizer, an accelerating system and a neutralizer. The gas ionizer comprises a cylinder 90, into which a source of electrons 91 in the form of a rod connected to an accelerating grid 92, connected to a high-voltage current source, is inserted. A retarding grid 93 and a grid-shaped neutralizer 94 are also installed there, also connected to a high voltage current source. The internal surfaces of pipelines and gas turbine blades are covered with insulating material, and solenoid 95 is installed on the outside of the gas ionizer. All solenoids are connected in series and connected to a current source. The internal cavities of pipelines and gas turbines are filled with hydrogen under pressure, which is the working fluid of a gas turbine engine.

Высоковольтный источник тока представляет собой ядерные (изотопные) высоковольтные батареи, одинаковые по конструкции, каждая из которых содержит корпус 96, внутрь которого вставлен эмиттер 97, являющийся носителем α или β- радиоактивного изотопа, заряжается отрицательно или положительно по отношению к корпусу. Корпус и эмиттер изолированы друг от друга вакуумом или диэлектриком 98. Необходимая величина напряжения ядерной высоковольтной батареи обеспечивается процентным содержанием радиоизотопа в эмиттере и может находится в пределах 25÷150 мккюри. Ядерные батареи безопасны, имеют небольшие размеры и срок службы 15-25 лет. Напряжение ядерной батареи в зависимости от изолятора может быть от 8000 до 360000 вольт (О ядерных источниках тока см. В. Фильштих. Топливные элементы, пер. с нем. - М.: Мир, 1968, с. 339, рис. 72, а также С.Н. Венецкий. О редких и рассеянных. Рассказы с металлах. - М.: Металлургия, 1980, с. 29-30). A high-voltage current source is a nuclear (isotopic) high-voltage battery, identical in design, each of which contains a housing 96, into which an emitter 97, which is a carrier of an α or β-radioactive isotope, is inserted, is charged negatively or positively with respect to the housing. The housing and the emitter are isolated from each other by a vacuum or a dielectric 98. The required voltage value of the nuclear high-voltage battery is provided by the percentage of the radioisotope in the emitter and can be in the range 25 ÷ 150 μcurie. Nuclear batteries are safe, small in size and have a lifespan of 15-25 years. The voltage of a nuclear battery, depending on the insulator, can be from 8,000 to 360,000 volts (For nuclear current sources, see V. Filshtih. Fuel cells, trans. From it. - Moscow: Mir, 1968, p. 339, Fig. 72, a also S.N. Venetsky, On the Rare and the Scattered, Tales from Metals (Moscow: Metallurgy, 1980, pp. 29-30).

Коммутирующее устройство 99 представляет собой три группы включателей: первая группа 100, 101, 102, 103, 104, вторая группа 105, 106, 107, 108, 109, третья группа 110, 111, 112, 113, 114. Каждая группа включателей имеет общий привод. Гидромуфта содержит ведущий вал 115, соединенный с крестовиной 116, которая шарнирно связана с поршнями 117, установленными в цилиндрах 118 корпуса 119, размещенного на ведомом валу. Корпус имеет полости 120, которые посредством трубопроводов 121 и управляемых клапанов 122 соединены с внутренними полостями цилиндров, заполненных маслом. Каждый цилиндр содержит всасывающий пластинчатый клапан 123. Управляемые клапаны кинематически связаны с механизмом включения гидромуфты (не показано). Редуктор заднего хода содержит корпус 124, в подшипнике которого установлен ведущий вал 125, конец которого входит в торец ведомого вала 126, конец которого закреплен в подшипнике корпуса. На ведущем валу закреплена шестерня 127, входящая в зацепление с шестернями 128, 129, закрепленными на промежуточных валах 130, 131, имеющих шестерни 132, 133, поочередно входящие в зацепление с подвижной шестерней 134, установленной на шлицах ведомого вала с возможностью продольного перемещения, имеющей наружные и внутренние зубья и кинематически связанной с механизмом переключения. The switching device 99 consists of three groups of switches: the first group 100, 101, 102, 103, 104, the second group 105, 106, 107, 108, 109, the third group 110, 111, 112, 113, 114. Each group of switches has a common drive unit. The fluid coupling comprises a drive shaft 115 connected to the spider 116, which is pivotally connected to the pistons 117 mounted in the cylinders 118 of the housing 119 located on the driven shaft. The housing has cavities 120, which are connected via pipelines 121 and controlled valves 122 to the internal cavities of the cylinders filled with oil. Each cylinder contains a suction plate valve 123. Controlled valves are kinematically connected to a fluid coupling engagement mechanism (not shown). The reverse gear includes a housing 124, in the bearing of which a drive shaft 125 is installed, the end of which is included in the end face of the driven shaft 126, the end of which is fixed in the bearing of the housing. A gear 127 is fixed on the drive shaft, which engages with gears 128, 129, mounted on intermediate shafts 130, 131, having gears 132, 133, alternately engaged with a movable gear 134 mounted on the slots of the driven shaft with the possibility of longitudinal movement, having external and internal teeth and kinematically connected with the switching mechanism.

Работа подводного аппарата с единым двигателем для подводного и надводного хода. The work of the underwater vehicle with a single engine for underwater and surface movement.

После проверки работы всех систем подводного аппарата производится запуск газотурбоионного двигателя 38. Для этого необходимо отключить гидромуфту 39 и тем самым гребной винт 42. При этом управляемые клапаны 122 выйдут из своих гнезд и станет возможным свободный пропуск масла из цилиндров 118 в полости 120 и обратно. Включается пусковой электродвигатель 64. Вал пускового электродвигателя станет вращаться и вращать вилку 67 с грузиками 68, 69 центробежной муфты. Под действием центробежной силы грузики станут удаляться от центра вращения, перемещаясь вперед до соприкосновения колодок 70, 71 с диском 72, сжимая пружину 73. Колодки прижмутся к диску и начнут его вращать, а вместе с ним и общий вал 62 с газовыми турбинами 59, 60, 61. Как только последние наберут необходимую скорость посредством включателей первой группы 100, 101, 102, 103, 104, ядерные высоковольтные батареи первой группы 23, 24, 25, 26, 27 подключаются к соленоидам, ионизаторам газа, ускоряющим системам и нейтрализаторам. Водород поступает в ионизаторы газа, где происходит его объемная ударная ионизация. Заряженные положительно цилиндры 90 ионизируют атомы водорода, а источники электронов 91 выделяют электроны, которые, двигаясь в сторону цилиндров 90, ионизируют встречающиеся на их пути атомы водорода. After checking the operation of all systems of the underwater vehicle, the gas turbo-ion engine 38 is started. To do this, it is necessary to disconnect the hydraulic coupling 39 and thereby the propeller 42. In this case, the controlled valves 122 will come out of their seats and free passage of oil from the cylinders 118 into the cavity 120 and vice versa will become possible. The starting motor 64 is turned on. The starting motor shaft will rotate and rotate the fork 67 with the weights 68, 69 of the centrifugal clutch. Under the influence of centrifugal force, the weights will move away from the center of rotation, moving forward until the pads 70, 71 come in contact with the disk 72, compressing the spring 73. The pads will press against the disk and begin to rotate it, and with it the common shaft 62 with gas turbines 59, 60 , 61. As soon as the latter gain the necessary speed through the switches of the first group 100, 101, 102, 103, 104, the nuclear high-voltage batteries of the first group 23, 24, 25, 26, 27 are connected to solenoids, gas ionizers, accelerating systems and neutralizers. Hydrogen enters the gas ionizers, where its volumetric impact ionization takes place. Positively charged cylinders 90 ionize hydrogen atoms, and electron sources 91 emit electrons, which, moving towards cylinders 90, ionize hydrogen atoms encountered in their path.

Ионы водорода, достигшие источников электронов 91 выбивают из последних электроны, которые двигаются в сторону цилиндров 90, ионизируя встречающиеся атомы водорода (О ионизации водорода см. В.А. Батушев, Электронные приборы, изд. 2. - М.: Высшая школа, 1980, с. 298-299). При пропускании тока через соленоиды 95 происходит перемешивание водорода и его более полная ионизация. Под действием электростатического поля ускоряющей системы ионы водорода выбрасываются из ионизаторов газа через ускоряющие сетки 92 и двигаются в направлении нейтрализаторов 94. Ионы водорода встречают на своем пути лопасти газовых турбин 59, 60, 61, ударяют в них, передавая им часть своей энергии и заставляя газовые турбины вращаться, после чего они двигаются к замедляющим сеткам 93, где происходит их торможение. Достигнув нейтрализаторов 94, ионы водорода приобретают недостающие электроны и превращаются в нейтральные атомы. Hydrogen ions reaching electron sources 91 knock electrons out of the latter, which move towards cylinders 90, ionizing the hydrogen atoms encountered (For ionization of hydrogen, see V.A. Batushev, Electronic Devices, ed. 2. - M .: Higher School, 1980 , p. 298-299). When passing current through the solenoids 95, hydrogen is mixed and more fully ionized. Under the influence of the electrostatic field of the accelerating system, hydrogen ions are ejected from gas ionizers through accelerating grids 92 and move in the direction of the neutralizers 94. Hydrogen ions encounter gas turbine blades 59, 60, 61, hit them, transferring part of their energy to them and forcing gas the turbines rotate, after which they move to the retarding grids 93, where their braking occurs. Having reached the neutralizers 94, hydrogen ions acquire the missing electrons and turn into neutral atoms.

Далее водород движется через охладители 86, 87, 88, где отдает им тепло, полученное при ионизации, а затем возвращается в ионизаторы газа и все начинается сначала. Как только газовые турбины 59, 60, 61 наберут достаточную скорость вращения, пусковой электродвигатель 64 отключается. Грузики 68, 69 под действием пружины 73 отодвигаются в противоположную сторону, а колодки 70, 71 отходят от диска 72, отсоединял пусковой электродвигатель 64 от общего вала 62, вращение которого теперь уже поддерживается за счет газовых турбин, взаимодействующих с потоком ионизированного водорода, движущегося под действием электростатических сил. Скорость движения ионов водорода и, следовательно, частота вращения газовых турбин 59, 60, 61 зависит от напряженности электрического поля, которое создается ускоряющими системами. Отсюда изменение частоты вращения газовых турбин и вала 80 газотурбоионного двигателя 38 может осуществляться путем изменения напряжения, подаваемого на ионизаторы газа, ускоряющие системы и нейтрализаторы. Further, hydrogen moves through coolers 86, 87, 88, where it gives them the heat obtained by ionization, and then returns to the gas ionizers and everything starts all over again. As soon as the gas turbines 59, 60, 61 gain enough rotation speed, the starting motor 64 is turned off. The weights 68, 69 under the action of the spring 73 move away in the opposite direction, and the pads 70, 71 depart from the disk 72, disconnected the starting motor 64 from the common shaft 62, the rotation of which is now supported by gas turbines interacting with the flow of ionized hydrogen moving under action of electrostatic forces. The speed of movement of hydrogen ions and, consequently, the frequency of rotation of gas turbines 59, 60, 61 depends on the electric field strength, which is created by accelerating systems. Hence, the change in the frequency of rotation of gas turbines and the shaft 80 of the gas turbine engine 38 can be carried out by changing the voltage supplied to the gas ionizers, accelerating systems and neutralizers.

Газотурбоионный двигатель подводного аппарата является трехскоростным. Перевод газотурбоионного двигателя на вторую ступень частоты вращения осуществляется подключением второй группы ядерных высоковольтных батарей 28, 29, 30, 31, 32 посредством включателей 105, 106, 107, 108, 109 коммутирующего устройства 99 параллельно ядерным высоковольтным батареям первой группы. Для перевода газотурбоионного двигателя на третью ступень частоты вращения необходимо к уже подключенным ядерным высоковольтным батареям первой и второй групп подключить посредством включателей 110, 111, 112, 113, 114 ядерные высоковольтные батареи 33, 34, 35, 36, 37 третьей группы. The gas turbo-ion engine of the underwater vehicle is three-speed. The gas turbo-ion engine is transferred to the second stage of the rotational speed by connecting the second group of nuclear high-voltage batteries 28, 29, 30, 31, 32 by means of switches 105, 106, 107, 108, 109 of the switching device 99 in parallel to the nuclear high-voltage batteries of the first group. To transfer the gas turbo-ion engine to the third stage of the rotational speed, it is necessary to connect the nuclear high-voltage batteries 33, 34, 35, 36, 37 of the third group to the already connected high-voltage nuclear batteries of the first and second groups.

Для уменьшения частоты вращения вала 80 газотурбоионного двигателя 38 необходимо отключить те или иные группы ядерных высоковольтных батарей. Таким образом, ионизаторы газа, ускоряющие системы и нейтрализаторы будут выполнять роль насосов, заставляющих рабочее тело перемещаться по трубопроводам 83, 84, 85 и приводить во вращение газовые турбины 59, 60, 61. Аналогичное действие по перемещению водорода происходит в ионном ракетном двигателе (см. Машиностроение. Терминологический словарь. /Под общей ред. М.К. Ускова, Э. Ф. Богданова. - М.: Машиностроение, 1995, с. 151, рис. 13И и с. 179, рис. 12К). Часть вращающего момента от газовых турбин 59, 60, 61 через общий вал 62 передается на шестерню 74 и через шестерню 76 на привод генератора электрического тока 77, который питает имеющуюся на борту аппаратуру и заряжает аккумуляторы 47. Другая часть вращающего момента с ведущей шестерни 75 понижающего редуктора поступает на большую шестерню 78 подвижной каретки, а малая шестерня 81 этой же каретки обкатывается по зубьям неподвижной шестерни 82, увлекая за собой водило 79 и вращая вал 80 с меньшей скоростью, подводя к нему более высокую мощность. To reduce the rotational speed of the shaft 80 of the gas turbo-ion engine 38, it is necessary to disconnect certain groups of nuclear high-voltage batteries. Thus, gas ionizers, accelerating systems and neutralizers will act as pumps, forcing the working fluid to move through pipelines 83, 84, 85 and to rotate gas turbines 59, 60, 61. A similar effect on the movement of hydrogen occurs in an ionic rocket engine (see Engineering, Terminological Dictionary / Under the general editorship of MK Uskov,.. F. Bogdanov. - M.: Engineering, 1995, p. 151, Fig. 13I and p. 179, Fig. 12K). Part of the torque from gas turbines 59, 60, 61 is transmitted through a common shaft 62 to gear 74 and through gear 76 to the drive of an electric current generator 77, which feeds the equipment on board and charges batteries 47. Another part of the torque from the drive gear 75 reduces the gearbox enters the large gear 78 of the movable carriage, and the small gear 81 of the same carriage rolls over the teeth of the stationary gear 82, entraining the carrier 79 and rotating the shaft 80 at a lower speed, bringing higher power to it.

В процессе работы газотурбоионного двигателя возможна утечка водорода через неплотности, что может привести к потере мощности. Восполнение потерь рабочего тела осуществляется из баллонов сжатого водорода 52 через штуцеры путем открытия соответствующих запорных кранов 89. Как только газотурбинный двигатель стал устойчиво работать, подвижная шестерня 134 редуктора заднего хода 40 передвигается влево и входит в зацепление с шестерней 132 промежуточного вала 130. Далее включается гидромуфта 39. Управляемые клапаны 122 перекрывают трубопроводы 121 и препятствуют перетеканию масла из цилиндров 118 в полости 120 и обратно. В результате ведущий вал 115 и корпус 119 с ведомым валом оказываются соединенными в одно целое, гребной винт 42 соединен с газогурбоионным двигателем и подводный аппарат начинает движение вперед. При необходимости получения заднего хода отключается гидромуфта 39, шестерня 134 посредством механизма переключения перемещается вправо и выходит из зацепления с шестерней 132, а входит в зацепление с шестерней 133 редуктора заднего хода 40. При этом вращающийся момент передается от ведущей шестерни 127 через шестерню 129, промежуточный вал 131, шестерни 133, 134 на ведомый вал 126 и далее через дейдвудный вал 41 на гребной винт 42. После этого снова включается гидромуфта 39. During the operation of the gas turbo-ion engine, hydrogen may leak through leaks, which can lead to loss of power. Compensation of the losses of the working fluid is carried out from compressed hydrogen cylinders 52 through the fittings by opening the corresponding shut-off valves 89. As soon as the gas turbine engine has become stably working, the movable gear 134 of the reverse gear 40 moves to the left and engages with the gear 132 of the intermediate shaft 130. Next, the hydraulic clutch 39. Controlled valves 122 block pipelines 121 and prevent oil from flowing from cylinders 118 into cavities 120 and vice versa. As a result, the drive shaft 115 and the housing 119 with the driven shaft are integrally connected, the propeller 42 is connected to the gas turbine engine and the underwater vehicle starts moving forward. If it is necessary to obtain a reverse gear, the fluid coupling 39 is disconnected, the gear 134 is shifted to the right by the switching mechanism and disengages from the gear 132, and engages with the gear 133 of the reverse gear 40. In this case, the torque is transmitted from the pinion gear 127 through the gear 129, intermediate shaft 131, gears 133, 134 to the driven shaft 126 and then through the stern shaft 41 to the propeller 42. After that, the hydraulic coupling 39 is turned on again.

После заполнения цистерн главного балласта 43, 44 и выравнивания подводного аппарата с помощью дифферентовочных цистерн 45, 46 последний погружается на необходимую глубину и совершает движение под водой с рулями глубины 11, 12, установленными в рабочее положение. Если бы в передней части легкого корпуса 1 не было бы волнистых ребер 2, то водяной поток, обтекающий переднюю и заднюю части легкого корпуса, создавал бы на нем одинаковые силы Fп = Fз и Fп₁ = Fз₁ потому, что скорости движения водяных потоков спереди и сзади одинаковы и давление воды на легкий корпус спереди и сзади также одинаково. Волнистые ребра 2 изменяют картину обтекания водяным потоком передней части легкого корпуса. Вместо движения по прямой (точки 9 и 10) водяной поток движется по волновым каналам 3, совершая более длинный путь между этими же точками.After filling the tanks of the main ballast 43, 44 and leveling the underwater vehicle with the help of trim tanks 45, 46, the latter sinks to the required depth and moves under water with rudders of depth 11, 12 set to the working position. If there were no wavy ribs 2 in the front part of the light body 1, then the water flow around the front and rear parts of the light body would create the same forces Fп = Фз and Фп ₁ = Фз _{1 on it} because the water flows and the back are the same and the water pressure on the lightweight body in the front and back is also the same. The wavy ribs 2 change the picture of the flow around the front part of the light body. Instead of moving in a straight line (points 9 and 10), the water stream moves along wave channels 3, making a longer path between the same points.

Если замерить путь, проходимый водяным потоком по волновым каналам на расстоянии трех волн (фиг.7), то он окажется на 13,8% больше, чем путь между теми же точками по прямой, а если взять путь, проходимый водяным потоком по всей заостренной части корпуса, то он окажется на 60-70% больше. Следовательно, чтобы преодолеть больший путь за то же время водяной поток, движущийся по волновым каналам в передней части легкого корпуса, должен двигаться быстрее, чем движется водяной поток, обтекающий заднюю часть легкого корпуса. Если бы скорости движения водяного потока в передней и задней частях легкого корпуса были бы одинаковы, то в передней части, где кончается заостренная часть, создавался бы разрыв водяного потока или вакуум, так как водяной поток, двигаясь по наибольшему пути, не успевал бы туда подойти, что невозможно. Значит водяной поток по волновым каналам 3 движется быстрее, чем водяной поток, обтекающий заостренную заднюю часть легкого корпуса, где нет волновых каналов. Отсюда согласно закону Бернулли, чем больше скорость движения водяного потока, тем меньше давление окружающей воды на переднюю часть легкого корпуса. Таким образом, во сколько раз скорость движения водяного потока в передней части легкого корпуса больше, чем скорость движения водяного потока в задней части легкого корпуса, во столько раз давление воды на переднюю часть легкого корпуса меньше, чем давление воды на заднюю часть легкого корпуса. If we measure the path traveled by the water flow through the wave channels at a distance of three waves (Fig. 7), then it will be 13.8% larger than the path between the same points in a straight line, and if we take the path traveled by the water flow along the entire pointed parts of the case, then it will be 60-70% more. Therefore, in order to overcome a greater path at the same time, a water stream moving along the wave channels in the front of the light body must move faster than the water stream flowing around the back of the light body. If the speeds of the water flow in the front and rear parts of the light body were the same, then in the front part, where the pointed part ends, a break in the water stream or vacuum would be created, since the water stream, moving along the longest path, would not have time to get there that is impossible. This means that the water flow through the wave channels 3 moves faster than the water stream flowing around the pointed back of the light body, where there are no wave channels. Hence, according to Bernoulli’s law, the greater the speed of the water flow, the lower the pressure of the surrounding water on the front of the light body. Thus, how many times the speed of water flow in the front of the light body is greater than the speed of water flow in the back of the light body, so many times the pressure of water on the front of the light body is less than the pressure of water on the back of the light body.

Силы Fп и Fп₁, действующие на переднюю часть легкого корпуса, будутпроецироваться на осевую линию подводного аппарата и создавать равнодействующую силу Fпр. Силы Fз и Fз₁, действующие на заднюю часть легкого корпуса, будут проецироваться на осевую линию подводного аппарата и создавать равнодействующую силу Fзр. Вычитая из большей равнодействующей силы меньшую, получаем силу Fдоп, вектор которой направлен, в сторону движения подводного аппарата (фиг.10). Сила Fдоп будет добавляться к имеющейся силе тяги и увеличивать на некоторую величину скорость движения подводного аппарата. Это же относится и к легкому корпусу рубки 5, в передней части которой водяной поток также будет двигаться по волновым каналам 7 быстрее, чем водяной поток, обтекающий заднюю часть легкого корпуса рубки. Давление воды на переднюю часть легкого корпуса рубки будет меньше, а на заднюю часть больше, что согласно вышеизложенному приведет к дополнительному увеличению скорости движения подводного аппарата. Но при движении подводного аппарата задним ходом сопротивление движению увеличится и скорость подводного аппарата будет меньше, чем она была бы при отсутствии волнистых горизонтальных ребер 2 и 6.Forces Fп and Фп ₁ acting on the front part of the light body will be projected onto the axial line of the underwater vehicle and create the resultant force Fпр. Forces Fз and Фз ₁ , acting on the back of the light body, will be projected onto the center line of the underwater vehicle and create the resultant force Fзр. Subtracting a smaller one from the larger resultant force, we obtain the force Fdop, the vector of which is directed towards the movement of the underwater vehicle (Fig. 10). Force Fdop will be added to the existing thrust force and increase the speed of the underwater vehicle by a certain amount. The same applies to the light cabin 5, in the front of which the water stream will also move along the wave channels 7 faster than the water stream flowing around the back of the light cabin. The water pressure on the front of the light wheelhouse will be less and on the back more, which, according to the above, will lead to an additional increase in the speed of movement of the underwater vehicle. But when the underwater vehicle is reversed, the resistance to movement will increase and the speed of the underwater vehicle will be less than it would be if there were no wavy horizontal ribs 2 and 6.

В процессе движения подводного аппарата наблюдение за обстановкой спереди в подводном и надводном положениях осуществляется с помощью перископа 19, а движение в обоих случаях осуществляется с помощью газотурбоионного двигателя 38. По прибытии в назначенное место производится всплытие подводного аппарата. Для этого производится продувка цистерн главного балласта 43, 44 сжатым воздухом высокого давления из баллонов 50 и следование в надводном положении к месту стоянки. После швартовки подводного аппарата производится остановка газотурбоионного двигателя. Отключается гидромуфта 39, механизмом управления редуктора заднего хода подвижная шестерня 134 устанавливается в нейтральное положение. Далее ионизаторы газа, ускоряющие системы, нейтрализаторы и соленоиды отключаются от высоковольтного источника тока 22. Движение водорода в трубопроводах 83, 84, 85 прекращается и газовые турбины 59, 60, 61 останавливаются. During the movement of the underwater vehicle, the situation in front in the underwater and above-water positions is monitored using the periscope 19, and the movement in both cases is carried out using the gas turbo-ion engine 38. Upon arrival at the appointed place, the underwater vehicle is surfaced. For this, the tanks of the main ballast 43, 44 are purged with high-pressure compressed air from the cylinders 50 and followed in the surface position to the parking place. After mooring the underwater vehicle, the gas turbo-ion engine is stopped. The hydraulic clutch 39 is disconnected, the movable gear 134 is set to the neutral position by the reverse gear control mechanism. Further, gas ionizers, accelerating systems, neutralizers and solenoids are disconnected from the high-voltage current source 22. The movement of hydrogen in the pipelines 83, 84, 85 is stopped and the gas turbines 59, 60, 61 are stopped.

Положительный эффект: не требует органического топлива, создает меньше шума, не загрязняет окружающую среду, не имеет ограничений по дальности плавания, более высокая пожаробезопасность, более высокая скорость движения под водой. Positive effect: does not require fossil fuels, creates less noise, does not pollute the environment, has no restrictions on the range of navigation, higher fire safety, higher speed of movement under water.

Claims

An underwater vehicle comprising a robust housing, a lightweight housing, tanks of the main ballast, trim tanks, a wheelhouse, a power unit connected to a propeller, control mechanisms, characterized in that the lightweight housing of the apparatus and the lightweight cabin of the cabin are made in the form of parallelepipeds pointed at the front and rear , in the front of each of which there are wavy horizontal ribs forming wave channels open at the front and rear, and the power unit is made in the form of a gas turbo-ion engine containing how many gas turbines are isolated from each other and mounted on a common shaft, one end of which is connected through a centrifugal clutch to the starting motor and the other is connected to the drive shaft of the reduction gear, and the input and output channels of each of the gas turbines are interconnected by a pipe a fitting with a shut-off valve and a cooler inside which a gas ionizer, an accelerating system and a neutralizer are installed, the internal cavities of gas turbines and pipelines being filled with hydrogen under pressure it is a working fluid, in addition, the gas turbo-ion engine is powered by nuclear (isotopic) high-voltage batteries connected through a switching device to gas ionizers, accelerating systems and neutralizers, and each nuclear high-voltage battery contains a housing inside which an emitter containing salts a radioactive metal, both of them are isolated from each other by vacuum or dielectric.