CC BY-NC
41
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ СУДОВ
Б01: 10.24937/2542-2324-2020-4-394-99-108 УДК 623.428.2
ОЗ. Рогульский , С.А. Фалий
ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург, Россия
ПУСКОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПУСКА ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ НА КОРАБЛЯХ ЛЕДОВОГО КЛАССА
Объект и цель научной работы. Объектом научного исследования является пусковая установка для хранения и пуска подводных аппаратов кораблями ледового класса при наличии ледового покрова. Цель исследования -разработка корабельной системы для эксплуатации подводных аппаратов в ледовых условиях.
Материалы и методы. Проведен анализ применения действующими кораблями подводных аппаратов (ПА) в ледовых условиях и сделан вывод о невозможности применения ПА с борта корабля на ходу при наличии ледового покрова. Для решения этого вопроса использовались методы анализа, аналогии и моделирования. Основные результаты. Описана конструкция перспективной универсальной корабельной вертикальной подводной пусковой установки для хранения и пуска ПА, а также способ ее размещения на корабле. Проработаны предложения по составу и размещению пусковой установки на корабле ледового класса. Рассмотрены основные гидродинамические задачи, связанные с процессами пуска ПА вертикально вниз.
Заключение. Полученные результаты работы могут быть основой для определения облика корабельной вертикальной подводной пусковой установки для хранения и пуска ПА и ее размещения на перспективном корабле ледового класса.
Ключевые слова: корабль ледового класса, универсальная корабельная вертикальная подводная пусковая установка, подводные аппараты, система хранения и пуска, транспортно-пусковой контейнер. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
SHIP DESIGN AND STRUCTURE
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-4-394-99-108 UDC 623.428.2
O. Rogulsky , S. Faly
Krylov State Research Centre, St. Petersburg, Russia
LAUNCHER FOR STORAGE AND LAUNCH OF UNDERWATER VEHICLES ON ICE-CLASS SHIPS
Object and purpose of research. The object of the research is a launcher for storage and launch of underwater vehicles by ice-class ships in ice conditions. The purpose of the research is to develop a ship system for the underwater vehicles operation in ice.
Materials and methods. This paper analyses underwater vehicle operations from ice-class ships in ice conditions and concludes that in ice conditions these vehicles are impossible to launch from the moving mothership. The study followed common methods of analysis, analogy and modeling.
Main results. The design of a promising universal shipborne vertical submarine launcher for storage and launching of underwater vehicles, as well as the method of its accommodation aboard the ship, is described. Proposals for the components
Для цитирования: Рогульский О.Э., Фалий С.А. Пусковая установка для хранения и пуска подводных аппаратов на кораблях ледового класса. Труды Крыловского государственного научного центра. 2020; 4(394): 99-108. For citations: Rogulsky O., Faly S. Launcher for storage and launch of underwater vehicles on ice-class ships. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2020; 4(394): 99-108 (in Russian).
and accommodation of the launcher aboard an ice-class ship have been worked out. The main hydrodynamic problems associated with the vertical downward launching processes are considered.
Conclusion. The results of the research can further used to work out a concept for a shipborne vertical submarine launcher for storing and launching UV and its placement on advanced ice-class ship.
Key words: ice-class ship, universal shipborne vertical underwater launcher, underwater vehicles, storage and launch system, transport and launch container.
The authors declare no conflicts of interest.
Введение
Introduction
Арктический регион является важнейшей ресурсной базой и имеет стратегическое значение для России. Многие страны имеют претензии друг к другу по поводу тех или иных территорий, входящих в зону Арктики. В настоящее время на Арктический регион претендуют 17 государств, также о своем интересе заявляют Япония и Китай. Особое внимание к Арктике проявляют США, которые стремятся к установлению контроля за Северным
морским путем и переводу его в статус международных транспортных маршрутов. Для укрепления позиций в Арктике используются страны НАТО. На Севере странами НАТО возобновлена военная активность атомных подводных лодок (АПЛ), патрульных самолетов и средств разведки, строятся базы, проводятся учения с большим количеством военнослужащих. Подводные силы США на постоянной основе проводят учения в Арктике в целях обеспечения постоянного доступа к этому уникальному региону. Целью учений является отработка тактики применения АПЛ, проверка их боевых возможностей и работоспособности торпедного оружия и ПА в условиях Арктики.
Для решения задачи эффективного поиска и слежения за российскими ракетоносцами в Арктике подо льдами в США разработана концепция слежения за прохождением подводных лодок с помощью малогабаритных автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) с установленными на них средствами обнаружения. АНПА будут выпускаться с АПЛ через торпедные аппараты. Предполагается, что такие АНПА смогут заменить на огромной площади стационарные гидроакустические системы освещения подводной обстановки.
Особое место в американских внутриполитических дискуссиях занимает вопрос развития ледокольного флота. На вооружении стран НАТО стоят корабли ледового класса, которые используются для патрулирования прибрежных морей. Корабли вооружены артиллерией, торпедным и противолодочным оружием, а также необитаемыми ПА.
Сегодня очевидно, что для экономики и военной безопасности России Арктика с каждым годом будет играть все большую роль. Указ Президента РФ от 05.03.2020 № 164 «Об Основах государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года» предусматривает усиление мер контроля над воздушным, водным и сухопутным пространствами, а также размещение подразделений для решения специальных задач.
Для защиты российских сил в Арктике создаются новые ледокольные корабли. Ледокол пр. 21180 «Илья Муромец» уже принят на вооружение; идет строительство двух кораблей арктиче-
Рис. 1. Ледокол проекта 21180 «Илья Муромец» (а) и корабль арктической зоны ледового класса проекта 23550 «Иван Папанин» (б)
Fig. 1. Icebreaker of project 21180 Ilya Muromets (a) and Project 23550 Ivan Papanin Arctic ship (b)
ской зоны ледового класса пр. 23550 «Иван Папанин» (рис. 1). Корабли предназначены для охраны и постоянного наблюдения за окружающей средой в сложной ледовой обстановке, для участия в спасательных операциях, в т.ч. для контроля за кораблями противника вблизи российских территориальных вод, в морской зоне Севморпути. На кораблях предусмотрена возможность установки артиллерийского и ракетного вооружения. Проектируется атомный ледокол нового поколения пр. 10510 «Лидер» (рис. 2). Главной задачей ледокола будет круглогодичная проводка судов по Севморпути. Концепция вооружения ледокола предусматривает установку модулей с оружием для прикрытия конвоев и самообороны. Однако на кораблях и ледоколах не предусмотрено вооружение для противодействия ПЛ и автономным ПА противника. Основная причина этого состоит в невозможности применения кораблем такого вооружения при наличии ледового покрова или битого льда.
В настоящее время выпуск кораблями НПА в условиях ледового покрова осуществляется грузоподъемными средствами с борта корабля на стопе в «чистую воду», после вскрытия ледового покрова или прохождения ледокола. Однако время жизни следа «чистой воды» может быть ограничено из-за различных условий ледовой обстановки, течений и направления ветра. А применение морского подводного оружия при наличии льда не предусмотрено в принципе.
Универсальная корабельная вертикальная подводная пусковая установка для хранения и пуска подводных аппаратов
Universal shipborne vertical underwater launcher for storage and launch of underwater vehicles
Под ПА понимается морское подводное оружие (МПО), а также необитаемые ПА, автономные и телеуправляемые.
При решении надводными кораблями (НК) задач в арктической морской зоне в условиях ледового покрова встанет необходимость применения кораблями ПА и выполнения других задач, в т.ч. обеспечения подледного спуска и приема водолазов. Задачами ПА будет противодействие кораблям, подводным лодкам и НПА противника, освещение подводной и подледной обстановки. Для решения этих задач предлагается установить на перспективных кораблях ледового класса универсальную ко-
рабельную вертикальную подводную пусковую установку (УКВППУ, далее ПУ) для хранения и пуска ПА в форме торпед.
Применение кораблями в арктических водах в условиях ледового покрова МПО из штатных торпедных аппаратов или пусковых установок, устанавливаемых на верхней палубе корабля, не представляется возможным из-за практически гарантированного выхода из строя большинства образцов ПА при их касании сплошного ледового покрова или его фрагментов (битого льда, шуги и т.д.) в момент пуска. Для выпуска подводных аппаратов и спуска водолазов под лед, невозможных при движении корабля (судна), необходимо создание искусственной полыньи, что требует значительных трудозатрат и затрат времени.
Для проектируемого корабля ледового класса предлагается универсальная корабельная система хранения и пуска (УКСХ и П) с размещением ПА в перспективных ПУ модульного типа с вертикальным расположением сменных модулей. Две ПУ находятся в специальном отсеке в средней части корабля побортно, максимально близко к мидель-шпангоуту и диаметральной плоскости (рис. 3).
Рис. 2. Перспективный ледокол проекта 10510 «Лидер»
Fig. 2. Advanced icebreaker of project 10510 Leader
В состав УКСХ и П входят следующие основные устройства: ПУ, расположенная в специальном оружейном отсеке корабля; корабельные системы ПУ; грузовые устройства; системы для обслуживания модулей ПА; системы питания гидравликой ПУ; система дистанционного управления УКСХ и П; система контроля параметров микроклимата в оружейном отсеке. В статье рассмотрена ПУ как основная часть УКСХ и П.
ПУ предназначена для хранения и пуска различных модулей подводных аппаратов. ПУ представляет собой устройство, состоящее из сменных транспортно-пусковых модулей - транспортно-пусковых контейнеров (ТПК) с размещенным в них оружием, вертикально расположенного механизированного устройства хранения и заряжания револьверного типа, нижней трубы ПУ, закрытой верхней и нижней крышками, и размещенной
в специальной выгородке балластной цистерны межднищевого пространства. На рис. 4 представлен технический облик и состав основных частей перспективной ПУ в исходном состоянии и при производстве пуска.
Пусковая установка включает нижнюю трубу ПУ (31), закрываемую верхней (25) и нижней (34) крышками, оснащенную силовыми приводами (29, 32) открывания-закрывания крышек, клапанами заполнения-осушения (26), продувания (30) и вентиляции (22), датчиками температуры и наличия воды; механизированное (автоматизированное) устройство хранения и избирательного заряжания револьверного типа со средствами продольной и поперечной амортизации (1), стеллажом (13), силовыми приводами горизонтального перемещения (вращения) барабана (35), кареткой продольной (вертикальной) подачи ТПК (4) с силовым приводом (5) и механизмом стыковки разъемов электрических соединителей ТПК (3); транспортно-пусковые контейнеры (ТПК) (9), оснащенные пороховой (воздушной) системой стрельбы (6); специализированный контейнер - шлюзовую камеру (17) для обеспечения выхода водолазов в ледовых условиях; средства крепления ТПК (10, 11, 14, 18); устройство герметизации с кремальерным затвором (27, 28); электрораспределительные устройства коммутации управляющих и силовых электрических цепей системы (2, 7).
В исходном состоянии ТПК с АНПА, загруженные в специальный отсек через верхний загрузочный люк с помощью специального погрузочного устройства, располагаются на стеллаже механизированного устройства хранения и избирательного заряжания револьверного типа (13), закрепленные с помощью силовых Т-образных наделок ТПК (10), направляющих силовых дорожек (14), стопоров (18) стеллажа, и дополнительно фиксируются съемными устройствами крепления (стойками и полубугелями (11)).
Для приготовления установки к пуску стеллаж (13) с помощью привода вращения (35) разворачивается до совмещения продольной оси выбранного транспортно-пускового модуля с продольной осью нижней трубы ПУ (31). Грузовая траверса каретки привода продольного (вертикального) перемещения входит в зацепление с захватами на верхнем донце ТПК и удерживает ТПК. Механизм стыковки разъемов соединяет электрические цепи ТПК с корабельной системой управления стрельбой. Разворачивается кольцо кремальерного затвора, и открывается верхняя крышка нижней трубы. Снимаются
Рис. 3. Размещение универсальной корабельной вертикальной подводной пусковой установки в корпусе корабля
Fig. 3. Accommodation of the universal shipborne vertical submarine launcher in the ship's hull
Fig. 4. Technical appearance and composition of the universal shipborne vertical underwater launcher: 1 - shock mounts for storage and selective loading devices; 2 - switching arrangement of the system's control electrical circuits; 3 - mechanism for coupling transporter-launcher container (TLC) electrical connectors; 4 - carriage of vertical (longitudinal) supply of TLC device for storage and specific loading; 5 - drive of the vertical (longitudinal) supply of the TLC device for storage and specific loading; 6 - TLC powder firing system gas generator; 7 - backup connector of TLC electrical connectors; 8 - device for stopping the payload in the TLC; 9 - TLC case; 10 - power T-shaped attachment of TLC; 11 - removable stand and half-bracket for fastening and fixing the TLC on the storage rack; 12 - removable calibration grid of TLC; 13 - storage rack and selective loading device; 14 - guide force track of the storage rack; 15 - technological platform for launcher maintenance; 16 - payload (MPO, AUV); 17 -specialized container - an airlock to ensure the exit of divers; 18 - upper (lower) TLC stopper - device for vertical locking of TLC on the storage rack; 19 - TLC storage rack ring; 20 - guide U-shaped cover of TLC; 21 - removable protective cover of TLC; 22 - ventilation valve of the transitional lock chamber (lower pipe) of launcher; 23 - main valve of the general high / medium pressure air system; 24 - reducer of the blowing system of the lower pipe and launcher enclosure; 25 - upper cover of the lower launcher pipe; 26 - valve for filling-drainage of the lower launcher pipe; 27 - ring of the rack gate of the upper cover of the lower launcher pipe; 28 - drive for turning the ring of the rack gate of the upper cover of the lower pipe of the launcher; 29 - drive for opening the upper cover of the lower launcher pipe;
30 - blowdown valve for the lower launcher pipe;
31 - housing of the transitional lock chamber (lower pipe) launcher; 32 - power drive for opening the lower cover of the lower launcher pipe; 33 - guide track of the lower launcher pipe; 34 - lower cover of the lower launcher pipe; 35 - power drive for rotation of the rack; 36 - ventilation valves of the launcher enclosure; 37 - launcher enclosure; 38 - bottom closure - launcher breakwater shield
Рис. 4. Технический облик и состав универсальной корабельной вертикальной подводной пусковой установки: 1 - амортизаторы устройства хранения и избирательного заряжания; 2 - устройство коммутации управляющих электрических цепей системы; 3 - механизм стыковки разъемов электрических соединителей ТПК; 4 - каретка вертикальной (продольной) подачи ТПК устройства хранения и избирательного заряжания; 5 - привод вертикальной (продольной) подачи ТПК устройства хранения и избирательного заряжания; 6 - газогенератор пороховой системы стрельбы ТПК; 7 - резервный разъем электрических соединителей ТПК; 8 - устройство стопорения полезной нагрузки в ТПК; 9 - корпус ТПК; 10 - силовая Т-образная наделка ТПК; 11 - съемные стойка и полубугель для крепления и фиксации ТПК на стеллаже; 12 - съемная калибровочная решетка ТПК; 13 - стеллаж устройства хранения и избирательного заряжания; 14 - направляющая силовая дорожка стеллажа; 15 - технологическая платформа для обслуживания ПУ; 16 - полезная нагрузка (МПО, АНПА); 17 - специализированный контейнер - шлюзовая камера для обеспечения выхода водолазов; 18 - верхний (нижний) стопор ТПК - устройство вертикального стопорения ТПК на стеллаже; 19 - кремальерное кольцо ТПК; 20 - направляющая П-образная наделка ТПК; 21 - съемная защитная крышка ТПК; 22 - клапан вентиляции переходной шлюзовой камеры (нижней трубы) ПУ; 23 - магистральный клапан общекорабельной системы воздуха высокого/среднего давления; 24 - редуктор системы продувания нижней трубы и выгородки ПУ; 25 - верхняя крышка нижней трубы ПУ; 26 - клапана заполнения-осушения нижней трубы ПУ; 27 - кольцо кремальерного затвора верхней крышки нижней трубы ПУ; 28 - привод поворота кольца кремальерного затвора верхней крышки нижней трубы ПУ; 29 - привод открывания верхней крышки нижней трубы ПУ; 30 - клапан продувания нижней трубы ПУ; 31 - корпус переходной шлюзовой камеры (нижней трубы) ПУ;
32 - силовой привод открывания нижней крышки нижней трубы ПУ; 33 - направляющая дорожка нижней трубы ПУ; 34 - нижняя крышка нижней трубы ПУ; 35 - силовой привод вращения стеллажа; 36 - клапаны вентиляции выгородки ПУ; 37 - выгородка ПУ; 38 - днищевое закрытие - волнорезный щит ПУ
(утапливаются в корпус стеллажа) стопоры, удерживающие ТПК, и каретка продольной подачи перемещает ТПК вниз, стыкуя его с нижней трубой ПУ. Соединение герметизируется разворотом кремальерного кольца затвора. Воздухом от корабельной магистрали воздуха высокого/среднего давления (ВВД/ ВСД) через понижающий редуктор (24) и клапан продувания нижней трубы ПУ (30) давление в ТПК и нижней трубе ПУ уравнивается с забортным. С помощью силового привода (32) открываются нижняя крышка (34) и днищевое закрытие - волно-резный щит ПУ (38). Установка готова к стрельбе.
В зависимости от типа используемого ПА пуск (выпуск) ПА из ТПК модуля осуществляется из подводной части корабля с помощью пороховой (воздушной) системы пуска или сброса полезной нагрузки под действием силы тяжести. Пуск (выпуск) из подводной части корабля в районе мидель-шпангоута обеспечивает выход оружия в «чистую воду». Ввод данных в модуль ПА выполняется че-
рез электрический разрывной разъем, в том числе с помощью переносного портативного устройства.
Перспективная ПУ позволит применять ПА, в т.ч. телеуправляемые, с борта корабля ледового класса при наличии ледового покрова различной сплоченности, на ходу и во время остановки для:
■ противодействия ПЛ и ПА противника;
■ постановки мин и борьбы с минной опасностью;
■ проведения поисковых и разведывательных операций (включая минную разведку);
■ освещения подводной и подледной обстановки. Помимо пуска ПА предлагаемая пусковая установка может быть использована для спуска за борт водолазов, сил и средств специального назначения, а также буксируемого (опускаемого) оборудования.
Наличие различных по назначению модулей АНПА, размещенных в специализированных, стандартных по размеру отсеках, позволит не только в базах приписки, но и в передовых пунктах базирования в короткие сроки готовить корабль к выполнению определенных задач, не внося существенных изменений в его конструкцию. На рис. 5 показаны возможности ПУ.
Основные задачи гидродинамики при вертикальном пуске подводного аппарата вниз с надводного корабля
The main tasks of hydrodynamics
in the vertical launch of the underwater vehicle
down from the surface ship
Для различных модулей ПА рассматривается два способа пуска:
■ принудительный пуск ПА из ТПК;
■ выпуск (свободный выход или «самовыход») ПА из ТПК.
Вне зависимости от способа пуска ПА, выпускаемый из ТПК подводной пусковой установки НК вертикально вниз, будет испытывать максимальные силовые нагрузки на контейнерном и подводном участках траектории. Как правило, именно эти нагрузки определяют требования к прочности оружия и ее системе управления. Практические задачи гидродинамики решаются как экспериментальными, базирующимися на теории размерностей и подобия, так и расчетно-теоретическими методами. Наиболее достоверными исследованиями гидрогазодинамики подводного старта оружия являются экспериментальные. Однако экспериментальная отработка новой конструкции требует больших материальных
Рис. 5. Возможности универсальной вертикальной подводной пусковой установки по применению автономных необитаемых подводных аппаратов и обеспечению работы специальных сил и средств
Fig. 5. Possibilities of the universal vertical submarine launcher for the use of autonomous unmanned underwater vehicles and ensuring the operation of special forces and means
и временных затрат, поэтому создание эффективных методов расчета гидрогазодинамических характеристик и действующих на оружие нагрузок очень важно для практики проектирования.
Оптимальным способом окончательной доводки систем пуска при проектировании является математическое моделирование пространственного движения ПА как системы с шестью степенями свободы, для которого нужно знать все гидродинамические характеристики и присоединенные массы оружия. В ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева» разработаны и в течение многих лет используются в инженерной практике математические модели, алгоритмы и комплексы программ расчета гидродинамических и газодинамических параметров и динамики подводного старта баллистических ракет ПЛ. Однако для подводного пуска ПА вниз из ПУ НК нет полного и систематического изложения постановки и математической формулировки с единых позиций задач гидродинамики, газодинамики и динамики, методов их решения, описания алгоритмов и их программной реализации для участка выхода оружия из контейнера и для всего подводного участка траектории.
Научные исследования подводного пуска ПА из ТПК вертикальных пусковых установок НК включают в себя изучение гидродинамических и газодинамических процессов в ТПК, гидродинамических нагрузок и начальных возмущений ПА на контейнерном участке траектории, гидродинамических сил с учетом волнения моря при пересечении ПА днища корабля и свободном движении ПА в воде, а также гидродинамические нагрузки и силы, действующие на ПА в момент пуска при движении корабля.
При движении ПА под водой на нее действуют:
■ массовые силы - вес и сила плавучести;
■ гидродинамические силы, распределенные по поверхности ПА и обусловленные воздействием окружающей воды;
■ газодинамические силы, создаваемые выхлопными горячими газами энергетического средства пуска, при принудительном пуске.
Для принудительного подводного пуска ПА из вертикальных ПУ НК как на стопе, так и на ходу, необходимо проанализировать физические процессы и общие подходы к расчету гидродинамических нагрузок при пуске из затопленного и незатоплен-ного ТПК, разработав:
■ метод расчета кавитационного обтекания ПА при пуске из ТПК и последующем движении в воде;
■ метод расчета гидродинамических нагрузок и присоединенных масс при пуске ПА из затопленного водой ТПК, позволяющий учитывать пространственную картину течения, форму носовой части и прямого кормового среза оружия, величину кольцевого зазора ТПК;
■ численный метод расчета гидродинамических нагрузок на ПА с учетом влияния спутного потока, возникающего при пуске из затопленного или не затопленного водой (сухого) ТПК;
■ метод учета влияния образующихся при пуске газовых полостей и др.
Исходя из анализа имеющихся способов пуска ракет из вертикальных шахт в подводном положении, предлагается с точки зрения гидродинамики рассмотреть два варианта принудительного пуска ПА вертикально вниз:
■ из заполненного ТПК при реализации режима сплошного обтекания ПА (так называемый «мокрый» способ пуска);
■ из незаполненного ТПК при кавитационном обтекании ПА (так называемый кавитационный или «сухой» способ пуска).
Независимо от способа пуска основными являются следующие гидродинамические задачи (без хода корабля и при его движении):
■ изучение физических явлений при пуске и разработка методов их моделирования;
■ определение гидродинамических нагрузок на ПА на контейнерном участке движения;
■ определение гидродинамических характеристик ПА на подводном участке при пересечении линии днища корабля на стопе;
■ определение гидродинамических характеристик ПА на подводном участке при пересечении линии днища корабля при его движении;
■ исследование силового воздействия на корабль при пуске из его подводной части.
Если первые три задачи взаимосвязаны, то четвертая имеет относительно самостоятельное значение и служит целям проектирования корабля. Кроме указанных общих задач, для конкретных способов пуска могут оказаться не менее важными задачи, носящие более частный характер. Так, для способа пуска из заполненного контейнера актуально определение течения жидкости с границей раздела сред «газ - жидкость» в кольцевом канале между корпусом оружия и стенкой контейнера и истечения жидкости и выхода газов из контейнера в окружающее пространство под днище корабля. Для способа пуска из незаполненного контейнера важны вопросы, связанные с формированием кави-
Рис. 6. Пуск ПА из затопленного ТПК при реализации режима сплошного обтекания
Fig. 6. Launch of the UV from a submerged TLC during the implementation of the continuous flow regime
Рис. 7. Схемы обтекания ПА на различных участках ее движения под водой при кавитационном способе пуска
Fig. 7. Diagrams of the flow around the UV in various sections of its movement under water with the cavitation method of launch
тационных полостей и газовых каверн в переменном поле гидростатического давления, а также выхода газов из контейнера в окружающее пространство под днище корабля.
Следует также указать на отдельный класс задач нестационарной гидродинамики, связанных со следующими процессами:
■ пересечение ПА газожидкостных следов и каверн от ранее выпущенного ПА;
■ силовое воздействие на ПА в соседней открытой ПУ;
■ смыкание границ каверны на круговом цилиндре;
■ воздействие подводной ударной волны на ПА, движущийся в воде с газовой каверной;
■ полное или частичное заполнение контейнера водой после выпуска ПА.
Схема обтекания ПА при выпуске из затопленного контейнера приведена на рис. 6.
В случае пуска ПА из затопленного ТПК при реализации режима сплошного обтекания нет интенсивного теплового воздействия на контейнер, ПУ и корабль, что важно. Однако у этого способа есть существенный недостаток - большой уровень гидродинамических боковых сил при движении ПА в контейнере и под водой. Этот недостаток явился одной из причин перехода от выпуска из затопленного контейнера к выпуску из незатопленного (сухого) контейнера и использования эффекта кавитации.
Особенности гидродинамических процессов при пуске из затопленного контейнера связаны
с формированием струйных течений жидкости, газовых полостей в контейнерном объеме и окружающей жидкости, изменением во времени положения их границ, разгерметизацией контейнерного объема при выходе кормы ПА из ТПК и последующим его затоплением водой.
Сплошной режим обтекания обычно реализуется при пуске из заполненного водой контейнера, а также при пуске из незатопленного контейнера в случае полной (или близкой к ней) обтюрации кольцевого зазора. Расчет гидродинамических характеристик ПА при сплошном режиме обтекания сводится к определению присоединенных масс оружия и коэффициентов гидродинамических сил и моментов.
Присоединенные массы ПА при ее поперечном движении в заполненном водой контейнере можно рассчитывать приближенно по методу плоских сечений, когда пренебрегают продольным растеканием жидкости. При пуске ПА из незатопленного контейнера и использовании эффекта кавитации формируют присоединенную газовую каверну путем наддува газами области пониженного динамического давления на поверхности ПА. Каверна охватывает большую часть корпуса ПА и изолирует ее от набегающего потока воды. Характерные схемы обтекания ПА на различных участках ее движения под водой при кавитационном способе пуска приведены на рис. 7.
При вертикальном движении ПА вниз под водой длина каверны меняется в основном за счет
изменения гидростатического давления. Если длина каверны больше половины длины ПА, то движение ПА под водой устойчивое: угловая скорость ПА резко уменьшается.
При пуске ПА как из затопленного контейнера, так и из незатопленного, формируется спут-ный поток: в первом случае при вытеснении из кольцевого зазора содержащейся в ней воды избыточным давлением выхлопных газов в «заап-паратном» объеме, во втором - при истечении из кольцевого зазора газового потока и формировании в окружающей жидкости подконтейнерной газовой полости.
Наибольший положительный эффект достигается при переходе от режима сплошного обтекания к режиму кавитационного (двухфазного) обтекания. Старт осуществляется из незатопленной шахты ПЛ. Уровень гидродинамических нагрузок снижается при возрастании длины каверны и приближается к нулевому, когда каверна полностью охватывает корпус ПА.
При способе свободного выхода («самовыхода») выпуск ПА осуществляется из затопленного ТПК.
В целом достигнутый уровень теоретических и экспериментальных методов исследования гидродинамики подводного старта позволяет наиболее полно учитывать влияние основных физических факторов при пуске (выпуске) ПА из вертикальных подводных пусковых установок НК.
Заключение
Conclusion
Представлен технический облик и состав основных частей перспективной универсальной корабельной подводной пусковой установки для хранения и пуска (выпуска) подводных аппаратов кораблями ледового класса. В настоящее время корабли не имеют возможности применять ПА при наличии ледового покрова. Предлагаемая перспективная ПУ позволит производить пуск (выпуск) автономных и телеуправляемых ПА с борта корабля в условиях наличия ледового покрова различной сплоченности, на ходу и во время остановки, а также выполнять подледный спуск и прием водолазов.
Использование перспективной ПУ потребует также уточнения (разработки) тактики применения кораблем ледового класса подводных аппаратов в ледовых условиях.
В работе обозначены основные гидродинамические задачи (без хода корабля и при его движении) при пуске ПА вертикально вниз и задачи нестацио-
нарной гидродинамики, связанные с процессами пуска. Решение данных задач, а также определение сил и моментов, действующих на ПА при выходе из нижней части корпуса корабля вертикально вниз на стопе и при движении позволит определить скорость корабля, гарантирующую безаварийный выход ПА из пусковой установки.
Список использованной литературы
1. Кормилицин Ю.Н., Хализев О.А. Устройство подводных лодок: [В 2-х т.]. Т.1. Санкт-Петербург: Элмор,
2008. 336 с.
2. Дегтярь В.Г., Пегов В.И. Гидродинамика подводного старта ракет. Москва: Машиностроение,
2009. 446, [1] с.
3. Пегов В.И., Тихонов Н.Н. Гидродинамика морских ракет [Электрон. ресурс] // Баллистические ракеты подводных лодок России: избр. статьи. Миасс: Гос. ракетный центр «КБ им. академика В.П. Макеева», 1994. С. 115-122. URL: http://makeyev.msk.ru/pub/ msys/1994/hydrodynamicMR.html (дата обращения: 27.08.2020).
4. Рогульский О.Э. Способ хранения и пуска морского подводного оружия на кораблях ледового класса // Морское подводное оружие. Перспективы развития: Материалы Всероссийской научно-практ. Конференции. Санкт-Петербург: Крыловский гос. научный центр, 2015. С. 90-93.
5. Способ эксплуатации подводных аппаратов: пат. 2606150 Рос. Федерация / Корнеев Г.Н., Новиков А.В., Рогульский О.Э. № 2015122092; заявл. 09.06.2015; опубл. 10.01.2017, Бюл. № 1. 8 с.
6. Транспортно-пусковой контейнер: пат. 2343391 Рос. Федерация / АнтоновА.В. [и др.]. № 2006144541/02; заявл. 13.12.2006; опубл. 10.01.2009, Бюл. № 1. 6 с.
7. Тимохин А. Американские тяжёлые ледоколы XXI века [Электрон. ресурс] // Военное обозрение [сайт]. 2020, 4 июля. URL: https://topwar.ru/172751-amerikanskie-tjazhelye-ledokoly-xxi-veka-odin-v-post-rojke-dva-na-ocheredi-chto-dalshe.html (дата обращения 04.07.2020).
8. Театр военных действий - Арктика: учения Trident Juncture в Норвегии [Электрон. ресурс] // Eurasia Daily (EADaily): [сайт]. 2018. 22 окт. URL: https://eadaily.com/ru/news/2018/10/22/teatr-voennyh-deystviy-arktika-ucheniya-trident-juncture-18-v-norvegii (дата обращения: 27.08.2020).
9. Атомный «Лидер» станет арктическим охотником. Новейшие ледоколы в угрожаемый период получат модульное вооружение [Электрон. ресурс] / Литов-кинД. [и др.] // Известия: [сайт]. URL: https://iz.ru/ 656740/dmitrii-litovkin-aleksei-ramm-evgenii-dmitriev-
nikolai-surkov/atomnyi-lider-stanet-arkticheskim-okhot-nikom (дата обращения: 27.08.2020).
10. Кулешов О. Боевые ледоколы России: прошлое, настоящее и будущее [Электрон. ресурс] // Корабел.ру: [сайт]. 2019, 9 дек. URL: https://www.korabel.ru/ news/comments/voennye_ledokoly_rossii_proshloe_ nastoyaschee_i_buduschee.html (дата обращения: 27.08.2020).
References
1. Yu. Kormilitsin, O. Khalizev. Submarine arrangement: [In 2 volumes]. Vol. 1. St. Petersburg: Elmore, 2008. 336 p. (in Russian).
2. V. Degtyar, V. Pegov. Hydrodynamics of underwater missile launch. Moscow: Mechanical Engineering, 2009. 446, [1] p. (in Russian).
3. V. Pegov, N. Tikhonov. Hydrodynamics of sea rockets [Electronic resource] // Ballistic missiles of Russian submarines: selected articles. Miass: State Missile Center "Design Bureau named after academician V.P. Makeev", 1994. P. 115-122. URL: http://makeyev.msk.ru/pub/msys/ 1994/hy drodynamicMR.html (accessed: August 27, 2020) (in Russian).
4. O. Rogulsky. Method for storing and launching marine underwater weapons on ice-class ships // Marine underwater weapons. Development prospects: Materials of the All-Russian scientific-practical conference. St. Petersburg: Krylov State Research Centre, 2015. P. 90-93 (in Russian).
5. Underwater vehicles operation technique: Pat. 2606150 Russian Federation / G. Korneev, A. Novikov, O. Ro-gulsky. No. 2015122092; declared 09.06.2015; publ. 10.01.2017, Bul. No. 1. 8 p. (in Russian).
6. Transporter-launcher container: Pat. 2343391 Russian Federation / A. Antonov [et al.]. No. 2006144541/02; declared 13.12.2006; publ. 10.01.2009, Bul. No. 1. 6 p. (in Russian).
7. A. Timokhin. American heavy icebreakers of the XXI century [Electronic resource] // Military review [website]. 2020, July 4. URL: https://topwar.ru/172751-amerikanskie-tjazhelye-ledokoly-xxi-veka-odin-v-postrojke-dva-na-ocheredi-chto-dalshe.html (accessed: 04.07.2020) (in Russian).
8. Arctic: the theatre of war: Trident Juncture Military Exercises in Norway [Electronic resource] // Eurasia-Daily (EADaily): [website]. 2018, October 22. URL: https://eadaily.com/ru/news/2018/10/22/teatr-voennyh-deystviy-arktika-ucheniya-trident-juncture-18-v-norvegii (accessed: 27.08.2020) (in Russian).
9. The nuclear-powered ship "Leader" will become an arctic hunter. The newest icebreakers in the threatened period will receive modular weapons [Electronic resource] / D. Litovkin [et al.] // Izvestia: [website]. URL: https://iz.ru/ 656740/dmitrii-litovkin-aleksei-ramm-evgenii-dmitriev-nikolai-surkov/atomnyi-lider-stanet-arkticheskim-okhotnikom (accessed: 27.08.2020) (in Russian).
10. O. Kuleshov. Combat icebreakers of Russia: past, present and future [Electronic resource] // Korabel.ru: [website]. 2019, December 9. URL: https: //www.korabel.ru/ news/comments/voennye_ledokoly_rossii_proshloe_ nastoyaschee_i_buduschee.html (accessed: 27.08.2020) (in Russian).
Сведения об авторах
Рогульский Олег Эдуардович, главный специалист отдела ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Тел.: +7 (812) 415-38-49. E-mail: oleg_rog73@mail.ru. https://orcid.org/0000-0002-4509-2557. Фалий Святослав Анатольевич, главный специалист отдела ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Тел.: +7 (812) 415-38-49. E-mail: faliy.svyatoslav@gmail.ru.
About the authors
Oleg E. Rogulsky, Chief Specialist of Department, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoe sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (812) 415-38-49. E-mail: oleg_rog73@mail.ru. https://orcid.org/0000-0002-4509-2557.
Svyatoslav A. Faly, Chief Specialist of Department, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoe sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (812) 415-38-49. E-mail: faliy.svyatoslav@gmail.ru.
Поступила / Received: 22.07.20 Принята в печать / Accepted: 24.11.20 © Рогульский О.Э., Фалий С. А., 2020
