高压气在潜艇自浮操纵中的使用研究*

2010-04-26刘常波丁风雷

舰船电子工程 2010年10期

刘常波王建丁风雷

(海军潜艇学院作战指挥系青岛 266071)

1 引言

潜艇在海上航行或作战中,无论其处于水面或水下状态,都有可能因遭敌攻击、碰撞而引起舱室破损进水。潜艇水下发生破损时,当海面情况不允许上浮,则需要继续停留在水下抗沉。当破损位置在舱室中上部,且海区水深不大于最大可浮深度时,就应当考虑潜坐海底。在潜艇潜坐海底进行自浮时,主要是用高压气吹除主压载水舱的水来提供上浮力和扶正力矩,以达到使潜艇从海底浮出水面的目的。

本文针对潜艇自浮方法进行研究,分析了高压气在自浮时的使用原则,阐述了高压气需求量的计算方法和高压气使用预案的制定。

2 高压气量的计算

潜艇高压气贮存量的计算公式[1]:

式中:n为气瓶数;v为每个气瓶容积;p为气瓶工作压力。

实际上对高压气贮存量和需要量的表示方法,既不用气体的体积为单位,也不用气体的压力为单位来表示,而是用高压气体积的百分数来表示。因此,上式的计算结果不适用。

计算高压气贮存量的百分数采用的方法有两类:

第一类:精确计算,有两种方法:第一种是用式(1)的计算结果除以a(a为所有气瓶贮存量为1%时气体的体积);

第二种是用式(2)、(3)进行计算。

式中:Ni为每组气瓶的数目;ni为气瓶的组数;pping高压气平均储量;A0为高压气储量的百分比。

精确计算和近似估算方法的主要区别是:前者按照各组气瓶的数目进行计算,故比较精确;后者不考虑每组气瓶数目的不同,只按照气瓶的组数进行计算,故存在误差。在潜艇日常工作和战备训练等情况下,一般都使用近似估算的方法,因为这种方法,运算简便,结果基本可靠。

3 潜艇自浮时高压气的需求量

潜艇自浮时,使用高压气主要解决以下三个方面的问题:

1)向破损舱供气堵漏,将进水限制在破口的上边缘。

2)向相邻舱室供气支顶舱壁,防止进水在艇内蔓延。

3)向主压载水舱供气排水,平衡潜艇消除负浮力和纵倾力矩。

对于潜艇抗沉时高压气需要量的估算,可以使用计算法和查图法来进行。下面分别进行说明[2]。

第一种方法:计算法

当潜艇水下发生破损进水后,如果需要供气舱室的容积和潜艇所处的失事深度已知,则抗沉时高压气需要量(A)的计算公式如下:

要特别注意的是,当运用上述公式具体计算不同抗沉措施的高压气需要量时,一定要针对具体情况,作具体的分析,否则就会发生差错。具体情况如下:

1)求向破损舱室供气堵塞破口的高压气需要量(A堵):

2)求向邻舱供气支顶舱壁的高压气需要量(A支):

3)求向主压载水舱供气平衡潜艇的高压气需要量(A平):

4)求抗沉时总共需要的高压气量(A总):

表中:υ为支顶舱室的容积(m3);υq为破洞上边缘以上舱室容积(m3);υz为主压载水舱容积(m3);pcb为舱壁的耐压强度(大气压);pH为潜艇所处失事深度相对应的水压力(PH=H/10,每10m水深为1个大气压);α为全部高压气贮存量1%时的高压气体积,是常数;1为常数,为海面的空气压力(大气压)。

第二种方法:查图法

查图法共有 2种:一种是查《抗沉高压气算图》,将查得的上述3项高压气需要量相加,得出总需要量;另一种是通过查《舱室抗沉高压气需要量曲线图》。直接得出抗沉所需总的高压气量。

计算法和查图法都大概给出了抗沉时高压气的需要量,但其中还有很多因素未考虑到,是不完善的,如破损舱的进水速度与放气速度的影响、克服潜艇的下潜惯性而多消耗的高压气量、气排中间组水舱使艇自力上浮所耗高压气量以及气瓶内高压气本身最后的无效部分等。这2种方法都存在局限性大、结果不准和计算时间长等缺点。因此,以理论为依据,通过建立数学模型,对其进行仿真可迅速、准确地得到所需高压气总量以及其它方面的信息。