|
|
ТОРПЕДНОЕ ОРУЖИЕ. Методические указания для самостоятельной работы по дисциплине боевые средства флота и их боевое применение
2.1.2. Электрические ЭСУ торпед
Источниками энергии электрических ЭСУ являются химические вещества (рис. 2.5).
Химические источники тока должны отвечать ряду требований:
- допустимость высоких разрядных токов;
- работоспособность в широком интервале температур;
минимальный саморазряд при хранении и отсутствие газовыделения;
1 Кавитация – образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью. Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения.
- малые габариты и масса.
Наиболее широкое распространение в современных боевых торпедах нашли батареи одноразового действия.
Главным энергетическим показателем химического источника тока является его ёмкость – количество электричества, которое может отдать полностью заряженная батарея при разряде током определённой силы. Она зависит от материала, конструкции и величины активной массы пластин источников, разрядного тока, температуры, концентрации электрол
ита и др.
Впервые в электрических ЭСУ были применены свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АБ). Их электроды: перекись свинца («-») и чистый губчатый свинец («+»), помещались в раствор серной кислоты. Удельная ёмкость таких батарей составляла 8 Вт · ч/кг массы, что в сравнении с химическими топливами было незначительной величиной. Торпеды с такими АБ имели малые скорость и дальность хода. Кроме этого, данные АБ имели высокий уровень саморазряда, а это требовало их периодической подзарядки при хранении на носителе, что было неудобно и небезопасно.
Следующим шагом в совершенствовании химических источников тока явилось применение щелочных АБ. В этих АБ в щелочной электролит помещались железоникелевые, кадмиево-никелевые или серебряно-цинковые электроды. Такие источники имели удельную ёмкость в 5-6 раз больше, чем свинцово-кислотные, что позволило резко увеличить скорость и дальность хода торпед. Их дальнейшее развитие привело к появлению одноразовых серебряно-магниевых батарей, использующих в качестве электролита забортную морскую воду. Удельная ёмкость таких источников возросла до 80 Вт · ч /кг, что вплотную приблизило скорости и дальности электрических торпед к аналогичным параметрам парогазовых.
Сравнительная характеристика источников энергии электрических торпед приведена в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Параметр
|
Тип батареи
|
Свинцово-кислотная
|
Кадмиево-нике-левая
|
Серебряно-цинковая
|
Серебряно-магниевая
|
Многоразовая
|
Одноразовая
|
Абсолютная стоимость (в условных единицах)
|
1
|
6
|
23
|
23
|
31
|
Количество
выстрелов
|
20
|
40
|
6
|
1
|
1
|
Стоимость одного выстрела (в условных единицах)
|
1
|
3
|
77
|
460
|
615
|
Двигателями электрических ЭСУ являются электродвигатели (ЭД) постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 2.6).
Большинство торпедных ЭД являются двигателями бирототивного типа, в которых якорь и магнитная система вращаются одновременно в противоположные стороны. Они имеют большую мощность и не нуждаются в дифференциале и редукторе, что значительно снижает шумность и увеличивает удельную мощность ЭСУ.
Движители электрических ЭСУ аналогичны движителям парогазовых торпед.
Достоинствами рассмотренных ЭСУ являются:
- низкая шумность;
- постоянная, не зависящая от глубины хода торпеды мощность;
- неизменность массы торпеды в течение всего времени её движения.
К недостаткам следует отнести:
-
высокую стоимость источников энергии;
- несколько меньшую, чем у парогазовых, удельную мощность.
2.1.3. Реактивные ЭСУ торпед
Реактивные ЭСУ подразделяются:
- на ракетные;
- гидрореактивные.
И
сточниками энергии реактивных ЭСУ являются вещества, приведённые на рис. 2.7.
Они представляют собой топливные заряды, выполненные в виде цилиндрических шашек или стержней, состоящих из смеси комбинаций представленных веществ (горючего, окислителя и добавок). Эти смеси обладают свойствами пороха. Реактивные двигатели не имеют промежуточных элементов – механизмов и гребных винтов. Основные части такого двигателя – камера сгорания и реактивное сопло. В конце 80-х годов в некоторых торпедах начали использовать гидрореагирующие топлива – сложные по составу твёрдые вещества на основе алюминия, магния или лития. Подогретые до температуры плавления, они бурно реагируют с водой, выделяя большое количество энергии.
2.2. Системы управления движением торпед
Движущаяся торпеда совместно с окружающей её морской средой образует сложную гидродинамическую систему. Во время движения на торпеду действуют:
- сила тяжести и выталкивающая сила;
- тяга двигателя и сопротивление воды;
- внешние воздействующие факторы (волнение моря, изменение плотности воды и др.). Первые два фактора известны и могут быть учтены. Последние – имеют случайный характер. Они нарушают динамическое равновесие сил, отклоняют торпеду от расчётной траектории.
Системы управления (рис. 2.8) обеспечивают:
- устойчивость движения торпеды на траектории;
- изменение траектории движения торпеды в соответствии с заданной программой;
-
изменение траектории движения при воздействии на торпеду физического поля цели.
Системы управления подразделются:
- на автономные;
- телеуправления;
- самонаведения.
2.2.1. Автономные системы управления
Осуществляют автоматическую стабилизацию и программное регулирование движения торпеды на траектории.
Приборы управления движением торпеды по глубине (hт)
и дифференту ( )
В
качестве примера рассмотрим структуру и принцип действия сильфонно - маятникового автомата глубины, изображенного на рис. 2.9.
Основой прибора является гидростатический аппарат на базе сильфона (гофрированная труба с пружиной) в комбинации с физическим маятником. Давление воды воспринимается крышкой сильфона. Оно уравновешивается пружиной, упругость которой устанавливается перед выстрелом в зависимости от заданной глубины движения торпеды.
Действие прибора осуществляется в следующей последовательности:
- изменение глубины торпеды относительно заданной;
- сжатие (или растяжение) пружины сильфона;
- перемещение зубчатой рейки;
- вращение шестерни;
- поворот эксцентрика;
- смещение балансира;
- движение клапанов золотника;
- перемещение поршня рулевой машинки;
- перекладка горизонтальных рулей;
- возврат торпеды на установленную глубину.
В случае появления дифферента торпеды происходит отклонение маятника от вертикального положения. При этом аналогично предыдущему перемещается балансир, что приводит к перекладке тех же рулей.
Приборы управления движением торпеды по курсу (KТ)
Принцип построения и действия прибора может быть пояснён схемой, изображённой на рис. 2.10.
Основой прибора является гироскоп с тремя степенями свободы. Он представляет собой массивный диск с лунками (углублениями). Сам диск подвижно укреплён в рамках, образующих так называемый кардановый подвес.
В момент выстрела торпеды воздух высокого давления из воздушного резервуара поступает на лунки ротора гироскопа. За 0.3…0,4 с ротор набирает до 20000 оборотов в минуту. Дальнейшее увеличение числа оборотов до 40000 и поддержание их на дистанции производится путем подачи напряжения на ротор гироскопа, являющегося якорем асинхронного ЭД переменного тока частотой 500 Гц. При этом гироскоп приобретает свойство сохранять неизменным направление своей оси в пространстве. Эта ось устанавливается в положение, параллельное продольной оси торпеды. В таком случае токосъёмник диска с полукольцами находится на изолированном зазоре между полукольцами. Цепь питания реле разомкнута, контакты реле KP тоже разомкнуты. Положение клапанов золотника определяется пружиной.
П
ри отклонении торпеды от заданного направления (курса) поворачивается диск, связанный с корпусом торпеды. Токосъёмник оказывается на полукольце. Через обмотку реле начинает протекать ток. Замыкаются контакты Kp. Электромагнит получает питание, его стержень опускается вниз. Клапаны золотника смещаются, рулевая машинка перекладывает вертикальные рули. Торпеда возвращается к установленному курсу.
Если на корабле установлен неподвижный торпедный аппарат, то при торпедной стрельбе к углу упреждения (см.рис.1.5) должен быть алгебрарически приплюсован курсовой угол, под которым находится цель в момент залпа (q3). Полученный угол (ω), называемый углом гироскопического прибора, или углом первого поворота торпеды, может быть введён в торпеду перед выстрелом путём поворота диска с полукольцами. Таким образом исключается необходимость изменения курса корабля.
Приборы управления торпедой по крену (γ)
Крен торпеды – это поворот её вокруг продольной оси. Причинами крена являются циркуляция торпеды, перегребание одного из винтов и др. Крен приводит к отклонению торпеды от заданного курса и смещениям зон реагирования системы самонаведения и неконтактного взрывателя.
Креновыравнивающий прибор представляет собой сочетание гировертикали (вертикально установленного гироскопа) с маятником, перемещающимся в перпендикулярной плоскости, продольной оси торпеды. Прибор обеспечивает перекладку органов управления γ – элеронов в разные стороны – «враздрай» и, таким образом, возвращение торпеды к значению крена, близкому к нулю.
Приборы маневрирования
П
редназначены для программного маневрирования торпеды по курсу на траектории движения. Так, например, в случае промаха торпеда начинает циркуляцию или зигзаг, обеспечивая неоднократное пересечение курса цели (рис. 2.11).
Прибор связан с наружным гребным валом торпеды. По числу оборотов вала определяется пройденное расстояние. В момент достижения установленной дистанции начинается маневрирование. Дистанция и вид траектории маневрирования вводятся в торпеду перед выстрелом.
Точность стабилизации движения торпеды по курсу приборами автономного управления, имея погрешность
1% от пройденной дистанции, обеспечивает эффективную стрельбу по целям, идущим постоянным курсом и скоростью на дистанции до 3,5…4 км. На больших дистанциях эффективность стрельбы падает. При движении цели переменными курсом и скоростью точность стрельбы становится неприемлемой даже и на меньших расстояниях.
Стремление повысить вероятность поражения надводной цели, а также обеспечить возможность поражения ПЛ в подводном положении на неизвестной глубине, привели к появлению в 40-х годах торпед с системами самонаведения.
2.2.2. Системы самонаведения
Системы самонаведения (ССН) торпед обеспечивают:
- обнаружение целей по их физическим полям;
- определение положения цели относительно продольной оси торпеды;
- выработку необходимых команд рулевым машинкам;
- наведение торпеды на цель с точностью, необходимой для срабатывания неконтактного взрывателя торпеды.
ССН значительно повышает вероятность поражения цели. Одна самонаводящаяся торпеда эффективнее залпа из нескольких торпед с автономными системами управления. Особенно важны ССН при стрельбе по ПЛ, находящимися на большой глубине.
ССН реагирует на физические поля кораблей. Наибольшей дальностью распространения в водной среде обладают акустические поля. Поэтому ССН торпед являются акустическими и подразделяются на пассивные, активные и комбинированные.
Пассивные ССН
Пассивные акустические ССН реагируют на первичное акустическое поле корабля – его шум. Работают скрытно. Однако плохо реагируют на тихоходные (из-за слабого шума) и обесшумленные корабли. В этих случаях шум самой торпеды может оказаться больше шума цели.
Возможность обнаружения цели и определения её положения относительно торпеды обеспечивается созданием гидроакустических антенн (электроакустических преобразователей – ЭАП), обладающих направленными свойствами (рис. 2.12, а).
Наиболее широкое применение получили равносигнальный и фазоамплитудный методы.
П
ри равносигнальном методе создаются две диаграммы направленности (рис. 2.12, б). В случае нахождения цели на равносигнальном направлении (РСН) на выходах ЭАП создаются одинаковые сигналы (напряжения). Если цель отклонится от РСН, то напряжения будут отличаться. Это и есть информация о направлении на цель. Воздействуя на вертикальные и горизонтальные рули торпеды, добиваются того, чтобы цель вновь оказалась на РСН.
В
качестве примера рассмотрим ССН, использующую фазоамплитудный метод (рис. 2.13).
Приём полезных сигналов (шума движущегося объекта) осуществляется ЭАП, состоящим из двух групп элементов, формирующих одну диаграмму направленности (рис. 2.13, а). При этом в случае отклонения цели от оси диаграммы на выходах ЭАП действуют два равных по значению, но сдвинутых по фазе напряжения E1 и E2. (рис. 2.13, б).
Фазосдвигающее устройство сдвигает оба напряжения по фазе на один и тот же угол (обычно равный ) и производит суммирование действующих сигналов следующим образом:
E1+E’2=U1иE2+E’1=U2.
В результате этого напряжение одинаковой амплитуды, но разной фазы E1 и E2 преобразуются в два напряжения U1 и U2 одной и той же фазы, но разной амплитуды (отсюда название метода). В зависимости от положения цели относительно оси диаграммы направленности можно получить:
U1 U2 – цель правее оси ЭАП;
U1 U2 – цель на оси ЭАП;
U1 U2 – цель левее оси ЭАП.
Напряжения U1 и U2 усиливаются, преобразуются детекторами в постоянные напряжения U’1 и U’2 соответствующей величины и подаются на анализирующе-командное устройство АКУ. В качестве последнего может быть использовано поляризованное реле с якорем, находящемся в нейтральном (среднем) положении (рис. 2.13, в).
При равенстве U’1 и U’2 (цель на оси ЭАП) ток в обмотке реле равен нулю. Якорь неподвижен. Продольная ось движущейся торпеды направлена на цель. В случае смещения цели в ту или иную сторону через обмотку реле начинает протекать ток соответствующего направления. Возникает магнитный поток, отклоняющий якорь реле и вызывающий перемещение золотника рулевой машинки. Последняя обеспечивает перекладку рулей, а значит и поворот торпеды до возвращения цели на продольную ось торпеды (на ось диаграммы направленности ЭАП).
Активные ССН
Активные акустические ССН реагируют на вторичное акустическое поле корабля – отражённые сигналы от корабля или от его кильватерной струи (но не на шум корабля).
В своём составе они должны иметь, помимо рассмотренных ранее узлов, передающее (генерирующее) и коммутационное (переключающее) устройства (рис.2.14). Коммутационное устройство обеспечивает переключение ЭАП с излучения на приём.
Активные ССН более сложны и не обладают скрытностью при работе. Однако они позволяют наводить торпеды на тихоходные, малошумящие и даже неподвижные цели.
Образование у НК кильватерной струи с эффективной длиной до 1…1,5 км позволило создать активные ССН с вертикальным лоцированием КС.
Кильватерная струя КС создаётся газовыми пузырьками, образующимися при вращении винтов движущегося корабля (рис. 2.15).
Г
азовые пузырьки являются отражателями звуковых волн. Длительность сигналов, отражённых от кильватерной струи, больше длительности излучаемых. Это отличие и используется как источник информации о КС.
Торпеда выстреливает со смещением точки прицеливания в сторону, противоположную направлению движения цели так, чтобы она оказалась за кормой цели и пересекла кильватерную струю. Как только это происходит, торпеда делает поворот в сторону цели и снова входит в кильватерную струю под углом порядка 300. Так продолжается до момента прохождения торпеды под целью. В случае проскакивания торпеды перед носом цели торпеда делает циркуляцию, снова обнаруживает кильватерную струю и повторно осуществляет маневрирование.
Комбинированные ССН
Комбинированные системы включают в себя как пассивную, так и активную акустические ССН, что позволяет исключить недостатки каждой в отдельности. Современные ССН обнаруживают цели на дистанциях до 1500…2000 м. Поэтому при стрельбе на большие дистанции и особенно по резко маневрирующей цели возникает необходимость корректуры курса торпеды до момента захвата цели ССН. Эту задачу выполняют системы телеуправления движением торпеды.
|
|
|
Скачать 1.46 Mb.