Способ определения скорости движения подводного аппарата

 

Изобретение относится к технике измерения скорости движения подводного аппарата и частоты вращения внутреннего вала его двухвальной биротативной энергосиловой установки. Способ косвенного определения скорости движения подводного аппарата заключается в том, что для соосных парных гребных винтов противовращения с равным числом лопастей производят погружным гидрофоном запись на носитель, например магнитофон, внешнего гидроакустического шума ходового аппарата, выделяют из спектра шума лопастную частоту и суммарную лопастную частоту, идентифицируют одну из них по ходовой частоте вращения наружного гребного вала. Частоту вращения внутреннего гребного вала вычисляют вычитанием ходовой частоты вращения наружного вала из частного от деления суммарной частоты на число лопастей одного из гребных винтов. По величине "перегребания" заднего винта вычисляют надбавку к скорости, а направление "перегребания" определяют измерением ходового крена аппарата. Достигается надежность измерения частоты вращения внутреннего вала и повышение достоверности результатов измерения ходовой скорости подводного аппарата.

Изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно к технике измерения скорости движения подводного аппарата (ПА) и частоты вращения внутреннего вала его двухвальной биротативной энергосиловой установки (ЭСУ), и может быть использовано для повышения точности измерений в случаях, когда прямое измерение частоты вращения внутреннего вала ЭСУ затруднено.

Известен и широко применяется в различных областях техники способ измерения частоты вращения валов, когда создают импульсным датчиком серию импульсов, кратных частоте вращения вала, и измеряют частоту (период) следования импульсов или время между соседними импульсами.

Известен в судостроении способ измерения скорости V [узл.] движения судна (с использованием косвенного метода измерения), когда на ходу судна измеряют частоту вращения гребного вала n [об/с] ЭСУ и по калибровочной кривой (зависимость V=f(n), которую получают предварительно прогонами судна на мерной миле), вычисляют ходовую (линейную) скорость судна. Способ принят за прототип (см., например, Судовые измерители скорости (Справочник), Л., Судостроение, 1978, § 5.1, стр. 110-112). Точность способа (без учета внешних факторов) определяется погрешностями измерения ходовой частоты n и исходной калибровочной кривой. Можно отметить, что приложение способа-прототипа к подводным аппаратам (ПА) широкого назначения не вызывает затруднений и для случая многовальной ЭСУ, когда имеется простая возможность измерения частоты вращения каждого вала. К определенному же недостатку способа относится случай, когда ПА снабжен ЭСУ биротативного типа с движителем типа “парные соосные гребные винты (ГВ) противовращения”. Простые конструктивные решения по измерению частоты вращения внутреннего вала в этом случае практически весьма затруднены, а зачастую и не возможны, так как конструктивно имеется система “два соосных вала противовращения (теплонапряженная тонкостенная труба в трубе и вращаются в воде)”.

Целью заявленного технического решения является ликвидация недостатка способа-прототипа применительно к ПА, снабженных биротативными ЭСУ и парными соосными ГВ противовращения. А именно обеспечение достаточной простоты и надежности измерения частоты вращения внутреннего вала биротативной энергосиловой установки подводного аппарата с лопастным движителем, и повышение достоверности результатов измерения ходовой скорости ПА.

Поставленная цель достигается тем, что по сравнению с известным способом-прототипом, где скорость движения ПА (или подводного судна) определяют косвенным методом по предварительно известной (опытной или расчетной) калибровочной кривой путем измерения ходовой частоты вращения только наружного гребного вала энергосиловой установки ПА, дополнительно измеряют ходовую частоту вращения внутреннего гребного вала. Для чего производят погружным гидрофоном запись на носитель (например, магнитофон) внешнего гидроакустического шума, излучаемого ПА при его движении в воде. Указанную запись подвергают спектральному анализу и выделяют либо (для соосных парных гребных винтов противовращения с разным числом лопастей переднего - ПГВ - и заднего гребного винта - ЗГВ):

- две лопастные частоты идентифицируют одну из них по ходовой частоте вращения наружного гребного вала и вычисляют по другой частоту вращения внутреннего гребного вала как частное от деления ее на число лопастей заднего гребного винта, либо (для соосных парных гребных винтов противовращения с равным числом лопастей);

- суммарную лопастную частоту, а частоту вращения внутреннего гребного вала вычисляют вычитанием ходовой частоты вращения наружного вала из частного от деления суммарной частоты на число лопастей одного из гребных винтов.

Затем по величине “перегребания” заднего винта вычисляют надбавку к скорости, а направление “перегребания” определяют измерением ходового крена аппарата.

Очевидно, что наличие неравенства ходовых частот вращения ПГВ и ЗГВ (в терминологии специалистов проблема “перегребания ГВ”) характеризует отрицательную надбавку к скорости V (падение скорости ПА за счет "перегребания ГВ"), причем направление “перегребания” определяют измерением ходового крена ПА или угла перекладки элеронов. Величина падения скорости вычисляется аналитически по известным гидродинамическим характеристикам пропульсивно-рулевого комплекса (ПРК) ПА.

Совершенно очевидно, что полученная в предложенном техническом решении дополнительная гидроакустическая информация о ходовой частоте вращения внутреннего вала и ЗГВ позволяет уменьшить зону неопределенности по скорости при косвенном методе измерения ее по калибровочной кривой. Как следствие повышается и достоверность (точность) определения скорости, которая становится выше (при прочих равных условиях), чем в прототипе. Указанное подтверждает достижение поставленной цели.

Дополнительно можно отметить, что использование предложенного метода измерений позволяет получить объективную информацию при проведении натурного гидродинамического эксперимента по оценке качества (адекватности расчетной методики, используемой проектантом), вновь спроектированных или существующих парных соосных ГВ противовращения с учетом их взаимодействия с ПРК.

Учитывая, что способ осуществляется с использованием стандартной и широко известной аппаратуры, графического пояснения для понимания сущности заявленного технического решения (по мнению заявителей) не требуется.

Авторами проведен анализ возможных практических схем измерения, достаточно полно для одного образца проработаны предложения по проекту МВИ, а возможность реализации предложенного технического решения, его достаточная простота и надежность подтверждены ходовыми испытаниями.

Способ целесообразно также использовать и при проведении ходового натурного гидродинамического эксперимента для оценки возможного “масштабного эффекта”, оценки взаимодействия элементов пропульсивно-рулевого комплекса или адекватности расчетных методик проектирования парных соосных ГВ противовращения и водометных лопастных движителей.

Формула изобретения

Способ косвенного, по калибровочной кривой, определения скорости движения подводного аппарата с биротативным двигательно-движительным комплексом путем измерения ходовой частоты вращения наружного гребного вала, отличающийся тем, что для соосных парных гребных винтов противовращения с равным числом лопастей производят погружным гидрофоном запись на носитель, например магнитофон, внешнего гидроакустического шума ходового аппарата, выделяют из спектра шума лопастную частоту и суммарную лопастную частоту, идентифицируют одну из них по ходовой частоте вращения наружного гребного вала, а частоту вращения внутреннего гребного вала вычисляют вычитанием ходовой частоты вращения наружного вала из частного от деления суммарной частоты на число лопастей одного из гребных винтов, причем по величине “перегребания” заднего винта вычисляют надбавку к скорости, а направление “перегребания” определяют измерением ходового крена аппарата.