貨艙充氣的干貨潛艇的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種新型的干貨潛艇設(shè)計，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，德國曾使用軍用潛艇運輸軍事物資，并開始設(shè)計水下干貨運輸船。后來，英美等國也研究使用核動力的水下運輸船。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2萬-5萬噸。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)過北極海域的航程。隱藏的運輸在戰(zhàn)爭時期特別重要的。
[0003]在風(fēng)暴情況下，同樣的航速和載重，核動力的高速水下油輪相對于常規(guī)油輪具有明顯的優(yōu)勢:水下油輪由于其貨倉裝載的是液態(tài)的油，它是不能被壓縮的，當其航行在水下任何深度，其貨倉的內(nèi)外壓力總能保持平衡，因此其貨倉殼體可以使用非耐壓的結(jié)構(gòu)。對于相同噸位的水下油船，貨倉非耐壓結(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，油可以通過在船體上的小孔和管路進行裝卸，在船體上開小孔是現(xiàn)代潛艇技術(shù)上很容易做到的。然而，直到現(xiàn)在，世界上還沒有任何實用的水下油船，更沒有干貨運輸船。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及在水下運輸船的貨倉充以空氣，艙內(nèi)空氣的壓力使貨倉殼體能夠抵御外部的水壓力。它也使貨倉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，使水下殼體上開大艙口成為可能，由此引起的強度和密封問題也容易解決，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，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，用以裝卸各種大小尺寸的干貨；其人員艙包括工作機艙，人員居住艙，指揮艙，操縱艙，高壓氣儲備艙，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)生事故時人員可以通過壓力轉(zhuǎn)換艙進出干貨艙排除事故；
[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啟艙門，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)置高氣壓儲備艙，安置空氣壓縮機，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]這類潛艇設(shè)有臍帶式的水面供排氣管路，使這類潛艇在水下時長期由水面供應(yīng)新鮮空氣，保證艇內(nèi)柴油機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)計出各種新型的水下充氣運輸潛艇、工程潛艇和軍用潛艇，這些潛艇可以裝載坦克、戰(zhàn)車、直升或垂直起飛飛機、深潛器、中小型潛艇、導(dǎo)彈、魚雷、干貨、散貨、集裝箱、從事水下布雷、潛艇供應(yīng)、布纜布管打樁、勘探測量、鉆探采礦、救撈考古等。它們同時可以設(shè)計為一艇多功能。
[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)問題均是容易解決的。
【附圖說明】
[0013]圖1，是一個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單殼金屬船體組成,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和高壓氣源存儲和操縱艙3。
[0016]艙口 6a、6b和6c分別開在潛艇的頭部，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I的放大視圖。箭頭I所示是一個非耐壓單一金屬殼的船體；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]具體的實施方式:
[0022]本發(fā)明的原理特點是潛艇的干貨艙被充以高壓空氣。這樣當潛艇在水下時，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)明的貨倉充氣潛艇的原理特點和用途包括以下幾點:
[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，幾乎沒有重量，它只占據(jù)了潛艇載滿貨物后的無效空間，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，它可由一個非耐壓的單層金屬殼體來替代。這樣，就便于在此殼體上開大的艙口，使大尺寸的軍事裝備和其他貨物容易在此潛艇通過這類艙口裝卸。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，當潛艇浮在水面上時，用于裝卸機動車或機動設(shè)備，如大量的兩棲登陸坦克、戰(zhàn)車，登陸小艇，氣墊艇和其他民用車輛，集裝箱和重型滾動設(shè)備等。
[0027]艙口 6b是設(shè)在潛艇貨艙的底部，這類艙口的艙門可以開得與整個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開著，海水也不會進入貨艙內(nèi)的。由此可以實現(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，可以讓水艙或直接在貨艙進水，以補足干貨艙卸貨后的載重減少，同時自動調(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，可以設(shè)計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，大量兩棲坦克，兩棲戰(zhàn)車和載人潛艇或蛙人的水下登陸；
2,導(dǎo)彈,魚雷的簡便水下潛射；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，使這類潛艇在水下時長期由水面供應(yīng)新鮮空氣，保證艇內(nèi)柴油機的正常動力和人員呼吸供應(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是開在潛艇貨艙的上部和側(cè)部，當潛艇浮在水面上時，可用來從干貨艙4中裝卸散貨，干貨或設(shè)備。它們的裝卸可以通過上部的艙門或管路進行。側(cè)面的艙門通常也是為裝卸機動設(shè)備。上部的艙門也可作直升或垂直起飛飛機的升降平臺的出口，以便這類飛機在潛艇上浮時起降。
[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，船體強度可以得到改善，尤其對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水。當充氣艙室遇損，壓縮空氣能大大減緩艙室進水。如果損害發(fā)生在艙室底部，不管受損部位面積有多大，都不會發(fā)生艙室進水情況。當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，會對設(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)就沒有意義。因此需要選擇適當?shù)纳疃?。這里將充氣潛艇的充氣技術(shù)分類如下:
[0038]I)在水面一次充氣
[0039]這種方法，是潛艇浮在海面進行的，當貨物裝載后，將貨艙封閉，用空氣壓縮機或高壓氣瓶或液化空氣罐通過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。潛航過程中深度通常保持不變，而細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度承受。潛艇在海面上充氣時，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)是很簡單的。然而，這種技術(shù)只適合在一個小深度范圍內(nèi)。一般來說，理想的深度范圍是在水下25至50米范圍內(nèi)。通過這種方法，40米的潛水深度對充氣干貨潛艇的正常運轉(zhuǎn)是足夠的。這個深度足以避免潛艇航行時受海洋表面風(fēng)暴的干擾(水下艦船下潛到四倍船體直徑深度時，即能免受水面干擾，因而也不產(chǎn)生興波阻力。據(jù)此，一般這類潛艇的橫截面最大尺度不會超過10米，所以40米深度當符合此一條件。)和保持水下航行的隱蔽性(潛艇在40米水深時，由受訓(xùn)的空中航空兵目測無法看到)。此外，鋼質(zhì)的船體很容易承受4個附加大氣壓的內(nèi)部壓力。
[0041]通常對40米潛水深度的貨艙只要充以4個附加壓的壓縮空氣就能達到舷內(nèi)外的壓力平衡。這個壓力小于一個汽車輪胎通常充的氣壓。船員可以不用任何特殊的呼吸器直接進入充氣艙室。這4個附加壓的壓縮空氣中氧分壓很低，這樣的環(huán)境不會因為氧分壓高而引起燃燒。同時，我們設(shè)計的鋼質(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40米(即最高可以達到80米)。所以為保證充氣潛艇的正常操作航行，40米是一個合適的潛水深度，它也允許使用簡單的“水面一次式充氣”技術(shù)。
[0042]2)水下逐級充氣
[0043]應(yīng)用這種方法，隨著潛水深度增加向貨艙逐級充氣。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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