Разработки

НАД ШЕЛЬФОМ «ШЕЛЬФ»

24.11.2014
НАД ШЕЛЬФОМ «ШЕЛЬФ»Как ни странно, но тридцать лет назад человечество знало о том, что делается в морских глубинах, лишь немногим больше, чем наши древние предки. Морское дно и сегодня для нас — таинственная, неизвестная «планета», в которой известны только в общих чертах рельеф, часть атмосферы (вода) да часть населяющих живых существ.
 
Причина неосведомленности о физических и биологических параметрах голубого континента в том,что океан весьма неохотно рассказывает свои секреты: человек практически только в последние десятилетия начал активно проникать в гидрокосмос.
 
Много лет созданием подводных транспортных средств занимается студенческое конструкторское бюро «Океан» Московского авиационного института. Последняя разработка студенческого коллектива — двухместная подводная лодка «мокрого» типа «Шельф-001». Она с большим успехом демонстрировалась на проходившей в этом году Центральной выставке НТТМ-78, посвященной XVIII съезду ВЛКСМ и 60-летию Ленинского комсомола, и была удостоена серебряной и двух бронзовых медалей ВДНХ СССР. Этот двухмоторный подводный «самолет» заинтересовал и читателей нашего журнала. О деятельности СКБ «Океан» редакция попросила рассказать его руководителя В. Н. Непокойчицкого.
 
Все мы учимся и работаем в Московском авиационном институте. Мы — это коллектив студенческого конструкторского бюро «Океан». «Почему «Океан», — спрашивают многие^ — вы, наверное, имеете в виду океан воздушный, океан, так сказать, пятый?» — «Да нет, — отвечаем, — обычный океан». Все, что спроектировано и построено нами, предназначено для его освоения. Делали зонды и буксировщики, подводные планеры и движители, имитирующие работу рыбьих плавников...
 
Но больше всего привлекают нас подводные автомобили. Полное их название «подводные носители легководолазов».
 
За последние годы создали несколько вариантов таких аппаратов и всесторонне испытали их. Почти все они в свое Время демонстрировались на ВДНХ СССР и были отмечены золотыми, серебряными и бронзовыми наградами. Некоторые побывали на международных выставках в Болгарии, на Кубе, в США и Италии.
 
Рис. 1. Компоновка двухместной подводной лодки «Шельф-001»
 
Рис. 1. Компоновка двухместной подводной лодки «Шельф-001»:
 
1 — фара, 2 — гидролокатор, 3 — приборный щиток, 4 — обтекатель, 5 — аккумуляторная батарея, 6 — балластная цистерна, 7 — распределительный блок электрической системы, 8 — руль направления, 9 — киль, 10 — гидродинамическое кольцо, 11 — элевон, 12 — ходовой электродвигатель, 13 — руль направления (нижний), 14 — сбрасываемый аварийный балласт, 15 — дифферентная система.
 
Рис. 2. Балластная цистерна
 
Рис. 2. Балластная цистерна:
 
1 — пневмоклапан выпуска воздуха, 2 — предохранительный клапан, 3 — корпус цистерны, 4 — продувочный штуцер, 5 — пневмоклапан впуска воды, 6 — автомат компенсации забортного давления, 7 — датчик контроля плавучести лодки.
 
Рис. 3.  Принципиальная  схема  штурвальной  колонки.
 
Рис. 3. Принципиальная схема штурвальной колонки.
 
Начало серии подводных аппаратов положил разработанный в 1964 году (правда, не в нашем СКБ — его тогда еще не существовало) подводный планер МАИ-2. Своего двигателя он не имел, а следовал на буксире за траулером, при этом «пилот» мог вести наблюдения за тралом и определять эффективность его работы.
 
Естественным продолжением этой тематики стала подводная мини-лодка МАИ-3, построенная нами спустя... 8 лет.
 
На ней были практически все присущие таким аппаратам органы управления, приводилась она в движение электромоторами и могла транспортировать двух человек. Испытания лодки на Черном море и в Тихом океане показали ее хорошие эксплуатационные качества, ко в то же время выявились и некоторые недоработки. В частности, расположение водителя и пассажира рядом друг с другом не давало возможности уменьшить мидель лодки, создающий значительное сопротивление движению, что сказывалось на скорости и на дальности хода, да и система управления оставляла желать лучшего.
 
И все это обращало нас к поиску новых технических решений. От проекта к проекту слабых мест становилось все меньше и меньше...
 
Сегодня перед нами стоит очень серьезная задача — отработать носитель для передачи его в промышленность. Мы полагаем, что СКБ с этим справится: последней нашей работе предшествовало пять экспериментальных аппаратов такого типа и большой комплекс исследований в процессе их доводки.
 
Если судить по количеству желающих работать в СКБ «Океан», то оно одно из самых популярных в институте. Приходят к нам практически со всех факультетов — и «зеленые» первокурсники, и люди поопытнее — студенты старших курсов. К сожалению, принять можем далеко не каждого — территориальные возможности СКБ более чем скромны. Предпочтение отдаем тем, кто приносит свою идею. Идею какого-то фантастического аппарата, прибора, процесса. Таких подключаем к опытным сотрудникам, преподавателям, даем возможность как следует потрудиться над обоснованием своего проекта. Разумеется, при этом каждый работает и по основной тематике «Океана».
 
А созревшая идея, даже если она неосуществима в рамках нашего института, не пропадает. На регулярно проводимых научно-технических семинарах студенты выступают с докладами, представляя на суд сокурсников выношенные проекты. И жаркие споры, порой разгорающиеся там, в немалой степени способствуют выявлению оптимальных решений.
 
А ведь начинать работу с молодыми конструкторами зачастую приходится с азов. Войти в курс дела помогает начинающим структура нашего СКВ.
 
Так, «Шельф», например, разрабатывали пять конструкторских бригад, возглавляли их ветераны СКВ (старшекурсники или дипломники), а помогали им начинающие, студенты младших курсов. Такая система работы с одной стороны, способствует преемственности опыта старших, а с другой — помогает «руководителям» воспитывать в себе будущих командиров производства.
 
В итоге члены СКВ становятся конструкторами с абсолютно реальным восприятием всего процесса создания сложного агрегата — от эскизных зарисовок до рабочих чертежей и от заготовок до сделанных собственными руками деталей и узлов.
 
Студентов, окончивших институт и прошедших школу СКВ, радушно встречают на предприятиях нашей страны. Они, как правило, сразу же, без периода адаптации, включаются в производственные дела. Немало наших «сотрудников», признавая их конструкторский и исследовательский опыт, распределяют после получении ими диплома на кафедры института.
 
Скрупулезной, кропотливой и грамотной проработке узлов и агрегатов в немалой степени способствует тот факт, что научно-техническая и научно-исследовательская деятельность студентов-конструкторов СКВ представляет собой часть учебного процесса. Большинство наших разработок — «мозаика» из нескольких курсовых проектов. Заинтересованность в реальных результатах заставляет студентов глубже влезать в суть дела: это полезно и дли СКВ, и для совершенствования будущих специалистов. Если говорить конкретно, то только по теме «Шельф» было защищено 18 курсовых проектов.
 
Помимо проектирования и изготовления сложных агрегатов, студенты проводят большую экспериментальную и исследовательскую работу, испытывают созданную ими технику. А это повышает ответственность в процессе конструирования и расчетов подводных аппаратов. К тому же испытания аквамобилей способствовали овладению ребятами профессией легководолаза.
 
Теперь поподробнее расскажем о «Шельфе-001». Это экспериментальный подводный носитель для двух аквалангистов.
 
Он позволяет увеличить радиус действия подводников-исследователей с 400—800 м до 20 км, а физические усилия, затрачиваемые в настоящее время аквалангистами на передвижение к району исследований, направить на полезную работу.
 
Предполагаемые области применения нашего аппарата: перевозка пассажиров, оперативная связь между подводными объектами обследование значительных по площади или протяженности подводных плантаций, исследовательские работы на глубинах до 50 м, кино- и фотосъемка.
 
Если проводить чисто внешние аналогии, то «Шельф» можно сравнить с подводным двухмоторным «самолетом» небольших размеров со всеми присущими такой схеме органами управления. Суммарная мощность силовой установки около двух киловатт. Каждый электродвигатель вращает четырехлопастный винт и развивает тягу 25 кг. Источником энергии является аккумуляторная батарея, емкость которой позволяет двигателям работать не менее пяти часов.
 
Аквамобиль управляется (по курсу, крену и дифференту) только одним штурвалом. Исполнительными органами управления являются вертикальные поворотные рули направлении (верхний и нижний) и элевоны, являющиеся рулями глубины при одновременном согласованном их отклонении, и элеронами — при взаимно противоположном.
 
Привод всех рулевых поверхностей — тягово-тросовый. Элевоны связаны со штурвалом тягами, а руль поворота — тросами. Штурвальную колонку можно отклонять от себя на 15° и на себя на 18° от нейтрального положении, что вызывает соответственное отклонение элевонов (в режиме рулей глубины) на 30° и 35°. Вращение же самого штурвала на ±60° от нейтрали вызывает соответственное отклонение руля поворота на ±35°.
 
Управление по курсу осуществляется верхним и нижним поворотными килями. Оба они крепятся консольно к двум валам, соединенным между собой фрикционной муфтой. В паз, образованный двумя половинами этой муфты, пропущен трос управления. Оба вала посажены во фторопластовые подшипники. Каждый киль прикреплен четырьмя болтами к накладке, приваренной к концу сала. Неподвижные части килей выклеены из стеклоткани и установлены непосредственно на каркас кормовой части носителя. Стабилизаторы пристыкованы к каркасу точно так же, как и неподвижные части киля. Аналогично рулям направления сделаны и элевоны. Соединение их со штурвалом — жесткими тягами.
 
Кстати, такая схема управления аквамобилем — элевонами и рулем поворота — впервые появилась только на «Шельфе». Мы пробовали управлять нашими лодками и струйными рулями, расположенными непосредственно за соплом водометного движителя, и поворотом винтомоторных установок. Но все эти схемы были либо слишком громоздкими, либо требовали затрат столь дефицитной на борту электроэнергии, либо не обеспечивали достаточной маневренности. Проблема выбора системы управления носителем долгое время оставалась открытой, поскольку мнения членов СКБ по этому поводу разделились. Но однажды после достаточно «жесткого» спора кто-то робко предложил: «А почему бы не воспользоваться схемой управления «летающего крыла»?» Основные разработчики Алексей Помазкин и Виктор Майоров поначалу скептически восприняли эту мысль. Видимо, чересчур сильно довлела над ними идея управления аквамобилем с помощью поворотных двигателей, но после проработки ее за кульманом оказалось, что это обеспечивает и меньшее сопротивление движению, и неплохую маневренность, а конструктивное воплощение оказалось даже более простым.
 
Рис. 4. Исполнительные органы управления лодкой
 
Рис. 4. Исполнительные органы управления лодкой:
 
А — по глубине и крену: 1 — качалка, 2 — тяга, 3 — стабилизатор, 4 — элевон. Б — по направлению: 1 — киль, 2 — рулевой вал, 3 — трос управления, 4 — фрикционная муфта, 5 — нижний руль направления, 6 — фторопластовая шайба, 7 — подшипники скольжения, 8 — дюралюминиевая накладка, 9 — болты крепления руля направления, 10 — верхний руль направления.
 
Рис. 5. Общий вид аквамобиля.
 
Рис. 5. Общий вид аквамобиля.
 
Рис. 6. Оборудование кабины аквамобиля
 
Рис. 6. Оборудование кабины аквамобиля:
 
1 — ручка управления заполнением балластной цистерны, 2 — кран подпитки балластной цистерны воздухом высокого давления, 3 — ручки управления оборотами двигателей, 4 — штурвал, 5, 11 — тахометры, 6 — выключатель бортового электропитания, 7, 9 — манометры высокого давления, 8 — гидролокатор, 10 — магнитный компас, 12 — глубиномер, 13 — кран подпитки системы жизнеобеспечения воздухом высокого давления, 14 — рукоятка сброса аварийного балласта.
 
Один из важных органов управления аквамобилем — балластная цистерна. Изменяя плавучесть аппарата, цистерна позволяет ему всплывать и погружаться. Правда, это можно делать и без балластной цистерны, за счет горизонтальных рулей, но такое возможно лишь в движении. Для погружения следует открыть верхний и нижний пневмоклапаны: при этом через нижний в цистерну проникает забортная вода, а через верхний выходит воздух. За изменением плавучести можно наблюдать по смонтированному внутри кабины стрелочному индикатору.
 
Немаловажной является проблема поддержания в балластной емкости давления, равного забортному. Дело в том, что тонкая оболочка цистерны не может противодействовать сколько-нибудь значительным внешним нагрузкам и на большой глубине может быть деформирована. Чтобы этого не произошло, на лодке предусмотрен автомат компенсации; при всплытии сжатый воздух постепенно стравливается через предохранительный клапан. Само же всплытие происходит за счет создания избыточного давления воздуха (продувки) в балластной цистерне.
 
Идея наддува балластной цистерны возникла не сразу. Первые наши лодки — в частности, МАИ-3 и МАИ-7 — автомата компенсации не имели, а внешнему давлению мы пытались противопоставить достаточно жесткую оболочку балластной цистерны. Но и вес при этом получался весьма значительным, и проблема ее стойкости на больших глубинах (на пятидесяти метрах внешнее давление — 5 атм!) оставалась открытой,
 
В «микробригаде» Андрея Тетерятника возникло предложение сделать цистерну тонкостенной, из алюминиевого листа, а наружное давление нейтрализовать избыточным давлением воздуха в балластной емкости. Расчеты показали, что вес новой системы меньше, чем старой, а надежность ее стала практически стопроцентной.
 
Большинство систем на аквамобиле для большей надежности задублировано. Так, помимо основной, на лодке имеется система аварийного всплытия, которой можно воспользоваться при неполадках в балластной цистерне. При полном затоплении цистерны она позволяет аппарату приобрести положительную плавучесть.
 
В систему жизнеобеспечения входят: восемь семилитровых баллонов со сжатым воздухом (рабочее давление в каждом — 200 атм), запорный вентиль для перекрытия воздуха, поступающего к дыхательному автомату, и сам дыхательный автомат. Последний состоит из двух блоков редуктора, понижающего давление воздуха до так называемого установочного (до 5—6 атм), и собственно дыхательного автомата, подающего аквалангистам воздух под давлением окружающей среды.
 
Когда стали говорить о «Шельфе» как о прототипе будущего промышленного образца, встала проблема надежности аквамобиля. Бригаде Игоря Галкина, а вместе с ней и всему нашему коллективу пришлось крепко подумать над дублированием многих систем. Так, например, ребята предусмотрели сброс балласта как чисто механическим способом, так и с помощью пневматики; фонарь кабины экипажа стало возможным или просто открыть, или применить систему аварийного сброса. И так практически со всеми узлами и механизмами, ответственными за нейтрализацию аварийных ситуаций.
 
Корпус «Шельфа» — комбинированной конструкции. Каркас носовой части склепан из алюминиевых (сплав АМr-6) профилей и обшит листовым дюралюминием толщиной 0,6 мм, а кормовой — сварен из труб (нержавеющая сталь) и облицован стеклопластиком толщиной 3,5 мм. Кабина, занимающая переднюю часть лодки, закрыта легким фонарем. Сиденья пилота и пассажира расположены в ней тандемом. Кормовая часть носителя отведена под аккумуляторную батарею, балластную цистерну, распределительный блок электрической системы и узлы крепления вертикального и горизонтального оперения.
 
Если сравнивать все построенные нами подводные аппараты, то можно заметить, что «Шельф-001» выгодно отличают от предшественников хорошие гидродинамические формы, обеспечивающие малое лобовое сопротивление и прекрасную маневренность. Это заслуга нашего дизайнера и компоновщика Вячеслава Гасюнаса. Может создаться впечатление, что ему работать было проще всех: ну подумаешь, чего там, взял и нарисовал, чтобы было красиво! — но это далеко не так. Дело в том, что Славе все время приходилось сопоставлять несопоставимое и мирить непримиримое: каждая из конструкторских «микробригад» требовала соответствия общей компоновки именно их устройствам, иногда даже в ущерб другим. Объединить все противоречия, заключить все системы лодки в идеальный по обтекаемости корпус, скомпоновать пилотский и пассажирский посты так, чтобы экипажу было удобно и безопасно работать, — в этом-то и заключалась задача наших художников-конструкторов. И они ее успешно решили.
 
В этом году аквамобиль проходит всесторонние испытания на Черном море. Уточняются заложенные в проект характеристики, отрабатывались системы — особенно те, что отвечают за жизнеобеспечение, моделировались аварийные ситуации...
 
Мы верим: пройдет не столь уж много времени, и в прибрежных глубинах континентального шельфа носителя, подобные нашему, станут столь же распространенными, как и автомобили на суше. Проект массового аквамобиля, разработанного с учетом требований серийного производства, уже создан в нашем СКБ, и теперь дело за промышленностью.




Рекомендуем почитать
  • ТАНДЕМ ДЛЯ ДВОИХ, ТРОИХ, ЧЕТВЕРЫХ

    ТАНДЕМ ДЛЯ ДВОИХ, ТРОИХ, ЧЕТВЕРЫХЗа основу мы взяли дорожный велосипед (с «женской» рамой), установили на него продольную балку из двух алюминиевых профилей-"уголков" и закрепили на балке два седла со спинками таким образом, чтобы первый седок мог крутить педали привода переднего колеса, а второй — обычный цепной привод заднего колеса. Таким образом получился двухместный велосипед с теми же габаритами, что и серийный одноместный. Сидящий на переднем сиденье вращ„_т педали дополнительного привода, расположенного в центре переднего колеса, поддерживает равновесие, а также выполняет функции водителя. Второй седок работает педалями, приводящими во вращение заднее колесо, держась при этом за рукоятки на спинке переднего сиденья.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.