貨艙充氣的干貨潛艇的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型的干貨潛艇設(shè)計(jì)，特別是這種干貨潛艇以其貨艙充氣為其特征。
【背景技術(shù)】
[0002]在第二次世界大戰(zhàn)后期，德國(guó)曾使用軍用潛艇運(yùn)輸軍事物資，并開(kāi)始設(shè)計(jì)水下干貨運(yùn)輸船。后來(lái)，英美等國(guó)也研究使用核動(dòng)力的水下運(yùn)輸船。調(diào)查了建造水下油船，水下礦砂船，和其他水下干貨船的的可能性，其載重量為2萬(wàn)-5萬(wàn)噸。水下船在軍事方面的應(yīng)用和能航行在冰下是很有吸引力的，它可以大大縮短經(jīng)過(guò)北極海域的航程。隱藏的運(yùn)輸在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期特別重要的。
[0003]在風(fēng)暴情況下，同樣的航速和載重，核動(dòng)力的高速水下油輪相對(duì)于常規(guī)油輪具有明顯的優(yōu)勢(shì):水下油輪由于其貨倉(cāng)裝載的是液態(tài)的油，它是不能被壓縮的，當(dāng)其航行在水下任何深度，其貨倉(cāng)的內(nèi)外壓力總能保持平衡，因此其貨倉(cāng)殼體可以使用非耐壓的結(jié)構(gòu)。對(duì)于相同噸位的水下油船，貨倉(cāng)非耐壓結(jié)構(gòu)的要比耐壓結(jié)構(gòu)的載重量要大30%。此外裝卸油不需使用任何起重設(shè)備，油可以通過(guò)在船體上的小孔和管路進(jìn)行裝卸，在船體上開(kāi)小孔是現(xiàn)代潛艇技術(shù)上很容易做到的。然而，直到現(xiàn)在，世界上還沒(méi)有任何實(shí)用的水下油船，更沒(méi)有干貨運(yùn)輸船。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及在水下運(yùn)輸船的貨倉(cāng)充以空氣，艙內(nèi)空氣的壓力使貨倉(cāng)殼體能夠抵御外部的水壓力。它也使貨倉(cāng)殼體所受凈壓力的方向由外部壓力改變?yōu)閮?nèi)部壓力，而此類(lèi)船體的內(nèi)部壓力，能避免殼體的失穩(wěn)狀態(tài)，使貨艙殼體能成為單層金屬的非耐壓結(jié)構(gòu)。這樣的單層殼體，使水下殼體上開(kāi)大艙口成為可能，由此引起的強(qiáng)度和密封問(wèn)題也容易解決，它克服了現(xiàn)代潛艇上裝載大型軍事裝備和貨物的困難。此外，這樣的安排能有效減少船體重量和增加貨物載荷，大大減少了運(yùn)輸成本。
[0005]它是一種新型結(jié)構(gòu)的貨艙充氣干貨潛艇，包括耐壓結(jié)構(gòu)艙室和非耐壓結(jié)構(gòu)艙室兩類(lèi)，此潛艇的干貨艙為非耐壓結(jié)構(gòu)的單層金屬殼體，該干貨艙殼體上設(shè)有大小尺寸的艙門(mén)，用以裝卸各種大小尺寸的干貨；其人員艙包括工作機(jī)艙，人員居住艙，指揮艙，操縱艙，高壓氣儲(chǔ)備艙，人員通道艙和壓力轉(zhuǎn)換艙，它們均為耐壓結(jié)構(gòu)的雙層金屬殼體；
[0006]在耐壓結(jié)構(gòu)的人員艙和非耐壓結(jié)構(gòu)的干貨艙間設(shè)有耐壓結(jié)構(gòu)的人員通道艙和壓力轉(zhuǎn)換艙，壓力轉(zhuǎn)換艙內(nèi)的氣壓可以調(diào)節(jié)，以便于在貨艙發(fā)生事故時(shí)人員可以通過(guò)壓力轉(zhuǎn)換艙進(jìn)出干貨艙排除事故；
[0007]在貨艙內(nèi)壁粘貼覆蓋一層氣密防漏氣薄膜，以防潛艇干貨艙在水下航行時(shí)艙壁漏氣;
[0008]在這些潛艇貨艙的非耐壓結(jié)構(gòu)的單層金屬殼體上開(kāi)啟艙門(mén)，它們分別設(shè)在貨艙艏部，底部，頂部和側(cè)部:
[0009]耐壓結(jié)構(gòu)的艙室內(nèi)設(shè)置高氣壓儲(chǔ)備艙，安置空氣壓縮機(jī)，高壓氣瓶，或液化空氣罐，以及連接它們的充氣管路和充氣閥，用于向潛艇的干貨艙充以高壓空氣，以平衡干貨艙舷外的水壓；
[0010]這類(lèi)潛艇設(shè)有臍帶式的水面供排氣管路，使這類(lèi)潛艇在水下時(shí)長(zhǎng)期由水面供應(yīng)新鮮空氣，保證艇內(nèi)柴油機(jī)的正常操作和人員呼吸供給。
[0011]依據(jù)本發(fā)明原理可以設(shè)計(jì)出各種新型的水下充氣運(yùn)輸潛艇、工程潛艇和軍用潛艇，這些潛艇可以裝載坦克、戰(zhàn)車(chē)、直升或垂直起飛飛機(jī)、深潛器、中小型潛艇、導(dǎo)彈、魚(yú)雷、干貨、散貨、集裝箱、從事水下布雷、潛艇供應(yīng)、布纜布管打樁、勘探測(cè)量、鉆探采礦、救撈考古等。它們同時(shí)可以設(shè)計(jì)為一艇多功能。
[0012]本發(fā)明的充氣潛艇的潛水深度不大，所充空氣的壓力和體積均是有限的，由此引起的安全，設(shè)備和技術(shù)問(wèn)題均是容易解決的。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1，是一個(gè)貨艙充氣的干貨艙潛艇的縱向剖面示意圖。
[0014]該圖分為兩部分I和I1:
[0015]第一部分I,它大部分是由非耐壓?jiǎn)螝そ饘俅w組成,包括充氣干貨艙4和水艙5 ；只有少數(shù)為加壓結(jié)構(gòu)的人員居住和工作艙:包括人員通道艙7，指揮艙8，壓力轉(zhuǎn)換艙9和高壓氣源存儲(chǔ)和操縱艙3。
[0016]艙口 6a、6b和6c分別開(kāi)在潛艇的頭部，底部和上部側(cè)部，用作從干貨艙4裝卸干貨。
[0017]第二部分II，都是人員居住和工作機(jī)艙，它是由潛艇通常的雙層金屬耐壓結(jié)構(gòu)組成。
[0018]圖2,是圖1上的A—A橫截面視圖；
[0019]圖3,是圖1上的B—B橫截面視圖；
[0020]圖4，是圖3截面節(jié)點(diǎn)I的放大視圖。箭頭I所示是一個(gè)非耐壓?jiǎn)我唤饘贇さ拇w；箭頭2所示為干貨艙內(nèi)壁粘貼的氣密防空氣泄漏薄膜，防止空氣由于貨艙艙壁泄漏。
[0021]具體的實(shí)施方式:
[0022]本發(fā)明的原理特點(diǎn)是潛艇的干貨艙被充以高壓空氣。這樣當(dāng)潛艇在水下時(shí)，能使貨艙的舷內(nèi)和舷外的壓力保持在同一水平上(或者兩者只有一個(gè)小的壓力差)。舷內(nèi)的壓縮空氣壓力平衡了舷外水的壓力，就像水下油船由內(nèi)部油壓支撐舷外部的水壓的原理一樣。這種利用舷內(nèi)壓縮氣體壓力來(lái)平衡舷外水壓力的原理被稱為“充氣頂壓原理”。
[0023]應(yīng)用“充氣頂壓原理”所發(fā)明的貨倉(cāng)充氣潛艇的原理特點(diǎn)和用途包括以下幾點(diǎn):
[0024]I)即使是大型船體的貨艙也可以是輕薄的非耐壓結(jié)構(gòu)，就像水下油船一樣。由此可大大減少船體的重量。壓縮空氣是干燥的，幾乎沒(méi)有重量，它只占據(jù)了潛艇載滿貨物后的無(wú)效空間，因此使?jié)撏У挠行лd重系數(shù)大大增加。
[0025]2)由于在船體貨艙的舷內(nèi)氣壓和舷外水壓保持平衡，船體殼體不需要耐壓的雙層殼體，它可由一個(gè)非耐壓的單層金屬殼體來(lái)替代。這樣，就便于在此殼體上開(kāi)大的艙口，使大尺寸的軍事裝備和其他貨物容易在此潛艇通過(guò)這類(lèi)艙口裝卸。這種潛艇上的大艙口有三種:在貨艙的艏部，底部和頂(側(cè))部，見(jiàn)圖1和圖3上的艙口 6a、6b和6c。
[0026]艙口 6a設(shè)在潛艇貨艙的艏部，當(dāng)潛艇浮在水面上時(shí)，用于裝卸機(jī)動(dòng)車(chē)或機(jī)動(dòng)設(shè)備，如大量的兩棲登陸坦克、戰(zhàn)車(chē)，登陸小艇，氣墊艇和其他民用車(chē)輛，集裝箱和重型滾動(dòng)設(shè)備等。
[0027]艙口 6b是設(shè)在潛艇貨艙的底部，這類(lèi)艙口的艙門(mén)可以開(kāi)得與整個(gè)潛艇的底部面積幾乎一樣大，由于艙內(nèi)氣壓與該深度的水壓相同，即使這樣大面積的艙門(mén)開(kāi)著，海水也不會(huì)進(jìn)入貨艙內(nèi)的。由此可以實(shí)現(xiàn)在水下隱蔽地作業(yè)，不受水面風(fēng)暴的打擾。
[0028]在水下從潛艇的底部貨艙口裝卸貨時(shí)，可以讓水艙或直接在貨艙進(jìn)水，以補(bǔ)足干貨艙卸貨后的載重減少，同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)并穩(wěn)定艙內(nèi)的氣壓以保持潛艇的潛水深度不變；
[0029]依據(jù)此一干貨艙特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)出一系列的軍用和工程潛艇，而且它們可以一艇多能:
[0030]軍用潛艇的功能包括:1，大量?jī)蓷箍耍瑑蓷珣?zhàn)車(chē)和載人潛艇或蛙人的水下登陸；
2,導(dǎo)彈,魚(yú)雷的簡(jiǎn)便水下潛射；3，水下布雷；4，成為裝載、釋放、回收深潛器和中小潛艇的母艦；5，深潛器和潛艇的水下物資、武備、人員的供應(yīng)艦；
[0031]民用潛艇的功能包括:水下探礦，鋪管，布纜，測(cè)量，打樁，鉆井，物探，救撈，考古等一系列新型水下作業(yè)工程潛艇。
[0032]由于這類(lèi)潛艇的下潛深度不大，通常在40米水深，所以可用臍帶式的水面供排氣管路，使這類(lèi)潛艇在水下時(shí)長(zhǎng)期由水面供應(yīng)新鮮空氣，保證艇內(nèi)柴油機(jī)的正常動(dòng)力和人員呼吸供應(yīng)。而水下操作的隱蔽性和不受海面風(fēng)暴影響的有利條件它都能占有。
[0033]艙口 6c是開(kāi)在潛艇貨艙的上部和側(cè)部，當(dāng)潛艇浮在水面上時(shí)，可用來(lái)從干貨艙4中裝卸散貨，干貨或設(shè)備。它們的裝卸可以通過(guò)上部的艙門(mén)或管路進(jìn)行。側(cè)面的艙門(mén)通常也是為裝卸機(jī)動(dòng)設(shè)備。上部的艙門(mén)也可作直升或垂直起飛飛機(jī)的升降平臺(tái)的出口，以便這類(lèi)飛機(jī)在潛艇上浮時(shí)起降。
[0034]3)盡管潛艇貨艙的舷內(nèi)和舷外的壓力通常是保持平衡的，但如果需要，內(nèi)部壓力可以大于外部壓力。這樣的安排是為了避免貨艙殼體承受外部壓力而產(chǎn)生的不穩(wěn)定性。由此，船體強(qiáng)度可以得到改善，尤其對(duì)大跨度薄殼的船體結(jié)構(gòu)而言。
[0035]4)充氣的艙室有利于抵擋進(jìn)水。當(dāng)充氣艙室遇損，壓縮空氣能大大減緩艙室進(jìn)水。如果損害發(fā)生在艙室底部，不管受損部位面積有多大，都不會(huì)發(fā)生艙室進(jìn)水情況。當(dāng)貨艙受損部分是在艙內(nèi)氣壓力大于舷外水壓的情況下，貼于艙室內(nèi)壁的氣體防漏薄膜可用于阻止貨艙受損部分的氣體外泄和舷外進(jìn)水。
[0036]充氣潛艇的充氣技術(shù)和設(shè)備
[0037]干貨艙的船體是鋼或其他金屬的單層殼體結(jié)構(gòu)并附內(nèi)層氣密防漏薄膜(見(jiàn)圖4)。充氣壓力取決于潛水的深度。充氣壓力隨潛艇下潛深度的增加而增大。太大的深度，會(huì)對(duì)設(shè)備和安全提出挑戰(zhàn)。但是潛水深度如果太小，那么采用本發(fā)明的貨艙充氣技術(shù)就沒(méi)有意義。因此需要選擇適當(dāng)?shù)纳疃取＿@里將充氣潛艇的充氣技術(shù)分類(lèi)如下:
[0038]I)在水面一次充氣
[0039]這種方法，是潛艇浮在海面進(jìn)行的，當(dāng)貨物裝載后，將貨艙封閉，用空氣壓縮機(jī)或高壓氣瓶或液化空氣罐通過(guò)管路和充氣閥向貨艙充氣。充氣壓力應(yīng)該與預(yù)期潛水航行深度的靜水壓力一樣大。潛航過(guò)程中深度通常保持不變，而細(xì)微的航行深度變化引起的舷內(nèi)和舷外的壓力差，可由貨艙船體的殼體強(qiáng)度承受。潛艇在海面上充氣時(shí)，貨艙承受的內(nèi)部氣體壓力也必須由貨艙殼體自己承受。
[0040]充氣干貨潛艇在規(guī)定的小深度范圍內(nèi)航行的保障技術(shù)是很簡(jiǎn)單的。然而，這種技術(shù)只適合在一個(gè)小深度范圍內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，理想的深度范圍是在水下25至50米范圍內(nèi)。通過(guò)這種方法，40米的潛水深度對(duì)充氣干貨潛艇的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是足夠的。這個(gè)深度足以避免潛艇航行時(shí)受海洋表面風(fēng)暴的干擾(水下艦船下潛到四倍船體直徑深度時(shí)，即能免受水面干擾，因而也不產(chǎn)生興波阻力。據(jù)此，一般這類(lèi)潛艇的橫截面最大尺度不會(huì)超過(guò)10米，所以40米深度當(dāng)符合此一條件。)和保持水下航行的隱蔽性(潛艇在40米水深時(shí)，由受訓(xùn)的空中航空兵目測(cè)無(wú)法看到)。此外，鋼質(zhì)的船體很容易承受4個(gè)附加大氣壓的內(nèi)部壓力。
[0041]通常對(duì)40米潛水深度的貨艙只要充以4個(gè)附加壓的壓縮空氣就能達(dá)到舷內(nèi)外的壓力平衡。這個(gè)壓力小于一個(gè)汽車(chē)輪胎通常充的氣壓。船員可以不用任何特殊的呼吸器直接進(jìn)入充氣艙室。這4個(gè)附加壓的壓縮空氣中氧分壓很低，這樣的環(huán)境不會(huì)因?yàn)檠醴謮焊叨鹑紵?。同時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)的鋼質(zhì)船體也可以抵抗一定的外部壓力(如4atm)，所以它潛水的深度也可以超過(guò)40米(即最高可以達(dá)到80米)。所以為保證充氣潛艇的正常操作航行，40米是一個(gè)合適的潛水深度，它也允許使用簡(jiǎn)單的“水面一次式充氣”技術(shù)。
[0042]2)水下逐級(jí)充氣
[0043]應(yīng)用這種方法，隨著潛水深度增加向貨艙逐級(jí)充氣。該方法僅用于大的潛水深度和大艙口。
[0044]3)混合充氣
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