RU2782055C1 - Body of the habitable apparatus for deep-sea diving - Google Patents
Body of the habitable apparatus for deep-sea diving Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782055C1 RU2782055C1 RU2022100356A RU2022100356A RU2782055C1 RU 2782055 C1 RU2782055 C1 RU 2782055C1 RU 2022100356 A RU2022100356 A RU 2022100356A RU 2022100356 A RU2022100356 A RU 2022100356A RU 2782055 C1 RU2782055 C1 RU 2782055C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impermeable
- housing
- deep
- permeable
- habitable
- Prior art date
Links
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims description 6
- 239000002965 rope Substances 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- 108010063499 Sigma Factor Proteins 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для плавания под водой и погружающимся на большие глубины.The invention relates to devices designed for swimming under water and diving to great depths.
Существующие устройства глубоководного погружения - имеют обычно два цилиндрических в поперечном сечении корпуса: наружный и внутренний [1].Existing deep-sea diving devices usually have two hulls cylindrical in cross section: outer and inner [1].
Внутренний корпус - для размещения экипажа и соответствующих устройств - изготавливается из особого материала, способного выдерживать значительные внешние воздействия. Наружный корпус служит для предохранения от механических повреждений различного рода коммуникаций, находящихся между внутренним и наружным корпусом. При этом наружный корпус проницаемый и давление воды на внешнюю и внутреннюю поверхности наружного корпуса одинаково. Кроме этого наружный корпус придает дополнительную жесткость внутреннему корпусу.The inner hull - to accommodate the crew and related devices - is made of a special material that can withstand significant external influences. The outer case serves to protect against mechanical damage various kinds of communications located between the inner and outer case. In this case, the outer casing is permeable and the water pressure on the outer and inner surfaces of the outer casing is the same. In addition, the outer casing gives additional rigidity to the inner casing.
Другим примером является батискаф (Диомидов М.Н., Дмитриев А.Н. Подводные аппараты. Ленинград.: Судостроение. 1966.). Он состоит из легкого корпуса - поплавка, заполненного более легким, чем вода, наполнителем (бензином) и стального шара - гондолы, в которой размещается экипаж, аппаратура управления, система регенерации воздуха и т.д. В поплавке находятся также цистерны с балластом и аккумуляторные батареи. Плавучесть батискафа регулируется сбрасыванием твердого балласта и выпуском бензина из маневровой цистерны.Another example is the bathyscaphe (Diomidov M.N., Dmitriev A.N. Underwater vehicles. Leningrad.: Shipbuilding. 1966.). It consists of a light body - a float filled with a filler lighter than water (gasoline) and a steel ball - a gondola, which houses the crew, control equipment, air regeneration system, etc. The float also contains ballast tanks and batteries. The buoyancy of the bathyscaphe is regulated by dropping solid ballast and releasing gasoline from the shunting tank.
Недостатком существующей конструкции является ограниченная глубина погружения. Для увеличения глубины погружения необходимо либо:The disadvantage of the existing design is the limited depth of immersion. To increase the depth of immersion, you must either:
а) уменьшить диаметр внутреннего корпуса (при этом ухудшается тактико-технические данные и устройство не сможет выполнять возложенные на него задачи);a) reduce the diameter of the inner case (in this case, the performance data deteriorates and the device will not be able to perform the tasks assigned to it);
б) увеличить толщину внутреннего корпуса (увеличение толщины стенки свыше 100 мм невозможно по техническим причинам);b) increase the thickness of the inner hull (increasing the wall thickness over 100 mm is impossible for technical reasons);
в) поиск новых материалов с большим значением модуля сдвига G и малым значением коэффициента Пуассона μ (пока эти показатели у применяемых твердых сплавов не очень высоки по сравнению с обычной сталью).c) the search for new materials with a high value of the shear modulus G and a low value of Poisson's ratio μ (so far, these indicators for the hard alloys used are not very high compared to ordinary steel).
Заявляемый объект содержит непроницаемый корпус, выполненный предварительно напряженным на растяжение внешними по отношению к нему устройствами.The claimed object contains an impermeable body, made pre-tensioned by external devices in relation to it.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого объекта, заключается в уменьшении сжимающих напряжений, появляющихся в непроницаемом корпусе при глубоководном погружении.The technical result obtained in the implementation of the proposed object is to reduce the compressive stresses that appear in the impermeable housing during deep diving.
Ограничительные признаки: наружный проницаемый корпус и внутренний непроницаемый корпус.Limiting features: outer permeable body and inner impervious body.
Отличительные признаки: внутренние проницаемые оболочки с натяжными устройствами на внутренний непроницаемый корпус.Distinctive features: internal permeable shells with tension devices on the internal impermeable casing.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.The causal relationship between the set of essential features of the claimed object and the achieved technical result is as follows.
С помощью канатной системы, связывающей внутренний и наружный корпуса или проницаемых оболочек, имеющих диаметр больший, чем внешний диаметр непроницаемого корпуса, создается напряженное состояние растяжения определенной величины, которое, при погружении подводного аппарата, уменьшает сжимающие напряжения, вызываемые в капсуле внешним давлением окружающей воды. При необходимости может быть использована система из оболочек большего диаметра, чем первая, растягивающая последнюю при помощи аналогичных болтовых соединений, и, тем самым, увеличивающих растягивающее усилие поверхности капсулы.With the help of a cable system connecting the inner and outer hulls or permeable shells having a diameter larger than the outer diameter of the impermeable hull, a tensile stress state of a certain magnitude is created, which, when submerged, reduces the compressive stresses caused in the capsule by the external pressure of the surrounding water. If necessary, a system of shells of a larger diameter than the former can be used, stretching the latter with similar bolted connections, and thereby increasing the tensile force of the capsule surface.
На фиг. 1, 2 изображены схемы устройств и результаты численных расчетов. На фиг. 1а приведена внешняя схема устройства с одной проникающей опорной оболочкой; на фиг. 1б - фрагмент поверхности в продольном направлении; на фиг. 1в - крепление проникающей опорной оболочки к корпусу капсулы; на фиг. 1г - схема расчета устройства. На фиг. 2 приведена схема растяжения внутреннего корпуса канатной системой (фиг. 2а) и результаты расчетов (фиг. 2б).In FIG. Figures 1 and 2 show the schemes of devices and the results of numerical calculations. In FIG. 1a shows the external diagram of a device with one penetrating support shell; in fig. 1b - fragment of the surface in the longitudinal direction; in fig. 1c - fastening of the penetrating support shell to the capsule body; in fig. 1d - scheme for calculating the device. In FIG. Figure 2 shows a diagram of the stretching of the inner body by a rope system (Fig. 2a) and the results of calculations (Fig. 2b).
Корпус для глубоководного погружения обитаемого аппарата состоит из внутреннего непроницаемого корпуса 1, проницаемой опорной оболочки 2 (нескольких оболочек или канатной системы), наружного проницаемого корпуса 3, натяжных элементов 4 (фиг. 1, 2).Housing for deep diving habitable vehicle consists of an inner
Работа устройства.Device operation.
Непроницаемый корпус 1 упруго растягивается натяжными элементами 4 через опорную проницаемую оболочку 2, создающими предварительно напряженное состояние растяжения в стенках капсулы.The
При погружении глубоководного аппарата вода проникает через наружный корпус 3 и оболочки 2 к непроницаемому корпусу 1, оказывая в стенках корпуса всестороннее сжатие. Но, так как стенки корпуса предварительно имели напряженное состояние растяжения, то величина сжимающих напряжений в стенках корпуса будет меньше, чем, если бы подводный аппарат не имел предварительного нагружения растяжения, а, следовательно, можно осуществлять безаварийное погружение на большую глубину. Проницаемой опорной оболочкой могут быть обручи различной ширины, расположенные на расчетном расстоянии вдоль капсулы, если она цилиндрической формы.When submerging a deep submersible, water penetrates through the
Приведем пример расчета корпуса субмарины в случае применения проницаемой опорной оболочки. Ввиду симметрии, рассмотрим в поперечном сечении часть кольца с центральным углом α (фиг. 1г), имея ввиду, что следующий болт в сечении находится на расстоянии, соответствующему углу 2α, будем полагать, что перемещение вдоль х3 отсутствует, то есть рассматривается плоское деформированное состояние, в соответствие с которым U3=0, σ31=σ32=0; ε13х=ε23=ε33=0, где U3 - перемещение по координате х3, σij - напряжения; εij - деформации. На фиг. 1г: I - оболочка непроницаемого корпуса, II - область залитая водой, в которой давление равно внешнему, III - опорная проницаемая оболочка.Let us give an example of the calculation of the submarine hull in the case of using a permeable support shell. In view of symmetry, we consider in cross section a part of the ring with a central angle α (Fig. 1d), bearing in mind that the next bolt in the section is at a distance corresponding to the angle 2α, we will assume that there is no movement along x 3 , that is, a flat deformed state, according to which U 3 =0, σ 31 =σ 32 =0; ε 13x =ε 23 =ε 33 =0, where U3 - displacement along the x 3 coordinate, σ ij - stresses; ε ij - deformations. In FIG. 1d: I - the shell of the impermeable body, II - the area filled with water, in which the pressure is equal to the external one, III - the supporting permeable shell.
В соответствие с линейной теорией упругости в Эйлеровой системе координат запишем следующие уравнения:In accordance with the linear theory of elasticity in the Euler coordinate system, we write the following equations:
1. Уравнение равновесия1. Balance equation
2. Уравнение состояния (закон Гука)2. Equation of state (Hooke's law)
3. Уравнение сохранения массы3. Mass conservation equation
где G - модуль сдвига, k - коэффициент объема сжатия, σ - гиростатическое напряжение; приняты тензорные обозначения (суммирование по повторяющимся индексам i, j; where G is the shear modulus, k is the compression volume factor, σ is the gyrostatic stress; tensor notation is adopted (summation over repeated indices i, j;
Граничные условия (фиг. 1г)Boundary conditions (Fig. 1d)
Здесь Р0 - давление в обитаемом аппарате, Р1 - давление воды, Р2 - давление на S9, Р3 - давление на S11. Давление Р2 формализуем как давление растяжения, оказываемое на корпус через болтовое соединение 4 (фиг. 1в), Р3 - давление гайки болтового соединения (фиг. 1в) на поверхность S11 проницаемой опорной оболочки.Here P 0 is the pressure in the habitable vehicle, P 1 is the water pressure, P 2 is the pressure on S 9 , P 3 is the pressure on S 11 . The pressure P 2 is formalized as the tensile pressure exerted on the body through the bolted connection 4 (Fig. 1c), P 3 is the pressure of the nut of the bolted connection (Fig. 1c) on the surface S 11 of the permeable support shell.
Решение системы (1, 2, 3) с учетом граничных условий (4) осуществлялось численным методом по алгоритмам [2] и программам [3].The solution of system (1, 2, 3), taking into account the boundary conditions (4), was carried out numerically using algorithms [2] and programs [3].
Результаты решения задачи.Results of the problem solution.
Принято: R=5000 мм; Н1=70 мм; Н2=20 мм; Δ=5 мм; dб=40 мм; dш=80 мм; α=2,9°. Глубина погружения 1000 м.Accepted: R=5000 mm; H 1 =70 mm; H 2 =20 mm; Δ=5 mm; d b =40 mm; d w \u003d 80 mm; α=2.9°. Immersion depth 1000 m.
Здесь R - внутренний радиус непроницаемой оболочки, H1 - толщина непроницаемой оболочки, Н2 - толщина проницаемой опорной оболочки, Δ - зазор между оболочками 1 и 3, dб - диаметр болта, dш - диаметр шайбы, материал (сплав «АК-32»): G=18000 кг/мм2, k=0,0139.Here R is the inner radius of the impermeable shell, H 1 is the thickness of the impermeable shell, H 2 is the thickness of the permeable support shell, Δ is the gap between
Для простоты принято, что непроницаемый корпус, проницаемая оболочка и болт выполнены из одного материала.For simplicity, it is assumed that the impermeable body, the permeable sheath and the bolt are made of the same material.
По нижней границе примем, что при затяжке в сечении болта напряжение растяжения будет σб=5 кг/мм2, тогда на шайбу, при заданных размерах будет среднее давление в 3 раза меньше. Значит, получим: Р2=σб-P1; P3=σш+Р1;On the lower boundary, we accept that when tightening in the bolt cross section, the tensile stress will be σ b \u003d 5 kg / mm 2 , then on the washer, with given dimensions, the average pressure will be 3 times less. Hence, we get: P 2 \u003d σ b -P 1 ; P 3 \u003d σ w + R 1 ;
На фиг. 2б представлены некоторые результаты расчета при Р0=0,01 кг/мм2, Р1=1 кг/мм2, Р2=4 кг/мм2, Р3=2,6 кг/мм2.In FIG. 2b shows some calculation results for P 0 =0.01 kg/mm 2 , P 1 =1 kg/mm 2 , P 2 =4 kg/mm 2 , P 3 =2.6 kg/mm 2 .
Наибольшим сжимающим напряжением является σ22. Пунктирной линией показана эпюра σ22 по сечению непроницаемой оболочки, когда субмарина имеет только наружный и внутренний корпуса (как в прототипе). Оно примерно одинаково по всему сечению и составляет 43 кг/мм2 (цифры на фиг. 2б приведены в кг/мм2).The highest compressive stress is σ 22 . The dotted line shows the diagram σ 22 across the section of the impermeable shell, when the submarine has only the outer and inner hulls (as in the prototype). It is approximately the same throughout the cross section and is 43 kg/mm 2 (the numbers in Fig. 2b are given in kg/mm 2 ).
Сплошными линиями на фиг. 2б приведены эпюры σ22 по сечению корпуса при наличии опорной проницаемой оболочки. Видим, что сжимающие напряжения σ22 намного меньше (по абсолютной величине) по предлагаемому способу с применением проницающей оболочки, чем по способу и устройству прототипа.The solid lines in Fig. 2b shows diagrams of σ 22 along the section of the body in the presence of a supporting permeable shell. We see that the compressive stresses σ 22 is much less (in absolute value) by the proposed method using a penetrating shell than by the method and device of the prototype.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Барабанов Н.В. Конструкция корпусов судов: Судостроение, 1985. - 540 С.1. Barabanov N.V. The design of ship hulls: Shipbuilding, 1985. - 540 p.
2. Одиноков В.И., Каплунов Б.Г., Песков А.В., Баков А.А. Математическое моделирование сложных технологических процессов. М.: Наука, 2008. - 176 С.2. Odinokov V.I., Kaplunov B.G., Peskov A.V., Bakov A.A. Mathematical modeling of complex technological processes. M.: Nauka, 2008. - 176 p.
3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012661389. ОДИССЕЙ // Одиноков В.И., Прокудин А.Н., Сергеева A.M., Севастьянов Г.М. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 13.12.2012.3. Certificate of state registration of the computer program No. 2012661389. ODYSSEY // Odinokov V.I., Prokudin A.N., Sergeeva A.M., Sevastyanov G.M. Registered in the Register of Computer Programs on 12/13/2012.
Claims (4)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2782055C1 true RU2782055C1 (en) | 2022-10-21 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2434766A1 (en) * | 1974-07-19 | 1976-01-29 | Gabler Ing Kontor Luebeck | SUBMERSIBLE VEHICLE, ESPECIALLY SUBMERSIBLE WITH A SUBMERSIBLE LIFE CHAMBER |
FR2264713B1 (en) * | 1974-03-19 | 1977-07-15 | France Etat | |
RU149901U1 (en) * | 2014-09-12 | 2015-01-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | RESCUE-RESCUE CAMERA FOR USE WHEN OPERATING SUBMARINE UNDER UNDER CONDITIONS |
RU2017139956A (en) * | 2017-11-17 | 2019-05-17 | Непубличное акционерное общество "СИЛА ОКЕАНОВ" | MULTIFUNCTIONAL DEEP NUCLEAR NUCLEAR UNDERWATER 21st CENTURY |
RU2702464C1 (en) * | 2016-08-17 | 2019-10-08 | Анатолий Емельянович Слюсарь | Underwater ship |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2264713B1 (en) * | 1974-03-19 | 1977-07-15 | France Etat | |
DE2434766A1 (en) * | 1974-07-19 | 1976-01-29 | Gabler Ing Kontor Luebeck | SUBMERSIBLE VEHICLE, ESPECIALLY SUBMERSIBLE WITH A SUBMERSIBLE LIFE CHAMBER |
RU149901U1 (en) * | 2014-09-12 | 2015-01-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | RESCUE-RESCUE CAMERA FOR USE WHEN OPERATING SUBMARINE UNDER UNDER CONDITIONS |
RU2702464C1 (en) * | 2016-08-17 | 2019-10-08 | Анатолий Емельянович Слюсарь | Underwater ship |
RU2017139956A (en) * | 2017-11-17 | 2019-05-17 | Непубличное акционерное общество "СИЛА ОКЕАНОВ" | MULTIFUNCTIONAL DEEP NUCLEAR NUCLEAR UNDERWATER 21st CENTURY |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2006507984A (en) | Ship structure and ship structure | |
Xu et al. | Experimental evaluation of the post-ultimate strength behavior of a ship’s hull girder in waves | |
RU2782055C1 (en) | Body of the habitable apparatus for deep-sea diving | |
US20190106854A1 (en) | Systems, apparatuses, and methods for removing fixed offshore platforms | |
Junior et al. | Numerical evaluation of type i pressure vessels for ultra-deep ocean trench exploration | |
Ringsberg et al. | Performance assessment of the crashworthiness of corroded ship hulls | |
Kiciński et al. | Analysis of the possibility of a submarine implosion using finite element method | |
Pan et al. | Calculation on the uprighting process of a capsized Ship | |
US20160347419A1 (en) | Floating production system and method | |
Kiciński et al. | A more reasonable model for submarines rescues seat strength analysis | |
Oh et al. | Experimental Comparison of Hydrodynamic Characteristics of Submerged Floating Tunnel with Different Cross-Sectional Shape | |
Califano et al. | Evaluation of loads during a free-fall lifeboat drop | |
Tang et al. | Buckling of Cassini oval pressure hulls subjected to external pressure | |
Yuck et al. | A study on roll damping of 2-D cylinders | |
Shinkin | Approximate calculation method of subwater pipeline’s form under its laying on sea-bottom | |
RU2509027C1 (en) | Rescue underwater vehicle for submarine crew salvaging including from under ice surface | |
Kim et al. | A new method for predicting site-specific wave-induced hull girder loads acting on ship-shaped offshore installations in benign conditions | |
Chalmers | Feature focus: offshore innovations: raising the Kursk | |
Zhang1a et al. | A new block assembly method for shipbuilding at sea | |
Michalski | Preliminary Designing method of external pressure vessels for sea subsurface applications | |
Stachiw et al. | Spherical acrylic pressure hulls with multiple penetrations | |
CN108931435B (en) | Pressure test ship and pressure test method | |
Yucel et al. | Analysis of free and forced ship vibrations using finite element method | |
Croacker et al. | Structural performance and dynamic response of semi-submersible offshore platforms using a fully coupled FE-SPH approach | |
Wang et al. | The impact-resistance analysis of a fastening belt of an underwater vehicle life raft |