Управляемое устройство для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой

Полезная модель относится к области подводной техники, а именно к телеуправляемым необитаемым подводным аппаратам (ТНПА), предназначенным для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых и других работ в акваториях, удаленных от береговой линии на значительные расстояния.
Известен комплекс телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (патент RU 130292 U1, опубл. 20.07.2013, МПК B63C 11/49, G01V 8/00), содержащий установленную на обеспечивающем судне бортовую часть, соединенную кабелем-тросом с забортной подводной частью, и включающий надводный модуль, содержащий блок отображения информации, блок питания, блок обработки гидроакустической информации, блок отображения видео- и гидроакустической информации, пульт управления, антенну системы подводного позиционирования, кабель-трос на кабельной вьюшке с токосъемником, подводная часть комплекса выполнена в виде модуля телеуправляемого подводного аппарата, который содержит несущую раму с блоком плавучести, подводная часть оснащена телекамерами, источниками освещения и маяком-ответчиком системы подводного позиционирования, гидролокатором, навигационным блоком, распределительным блоком, движителями, манипулятором, при этом подводная часть содержит, по меньшей мере, пять движителей, горизонтальные движители расположены по векторной схеме, наклонную платформу, содержащую, по меньшей мере, одну видеокамеру и/или светильник, подводная часть содержит, по меньшей мере, две видеокамеры.
Недостатком предложенного комплекса можно считать увеличенную трудоемкость обеспечения и осуществления работы комплекса, повышенные энергозатраты, а также значительный риск повреждения подводного аппарата о борт при его спуске и подъеме, вследствие того, что бортовая часть комплекса размещена на обеспечивающем судне.
Также известен технологический комплекс «Абиссаль – 3» для морских глубоководных геологоразведочных работ (патент RU 106965 U1, опубл. 27.07.2011, МПК G01V 11/00, G05D 27/00), содержащий размещенную на судне-носителе бортовую часть, соединенную кабелем-тросом с буксируемой забортной частью комплекса, причем бортовая часть связана с судовым спуско-подъемным устройством, судовой аппаратурой спутниковой радионавигационной системы и судовой аппаратурой гидроакустической навигационной системы и включает блок управления работой забортной частью комплекса, блок сбора данных измерений и блок обработки и регистрации информации, при этом забортная часть комплекса выполнен в виде многозвенной разветвленной модульной схемы и включает буксируемый судном-носителем на кабеле-тросе модуль заглубителя, а также соединенные с ним посредством кабелей-тросов гидроакустический модуль, снабженный блоком нейтральной плавучести, и фототелевизионный модуль, которые буксируются модулем заглубителя на разных удалениях от морского дна, определяемых соотношением h1>h2, где h1 - альтитуда буксировки гидроакустического модуля над морским дном, h1=40÷50 м; h2 - альтитуда буксировки фототелевизионного модуля, h2= 3 ÷10 м, при этом модуль заглубителя выполнен с возможностью стыковки с фототелевизионным модулем в единый модуль на этапе вывода (приема) фототелевизионного модуля за (на) борт судна-носителя и содержит блок питания забортной части комплекса, подводную лебедку с блоком управления положением фототелевизионного модуля относительно дна при выполнении съемки и стыковки модуль заглубителя с фототелевизионным модулем, блок подводной электроники (контроллер) для предварительной обработки данных фототелевизионного модуля, эхолот-альтиметр, датчик давления, снабженные светильниками цифровые телекамеры и блок интерфейсов для интегрирования информационных потоков гидроакустического модуля и фототелевизионного модуля с последующей передачей данных на бортовую часть по каналу связи, выполненному в виде оптоволоконного грузонесущего кабеля-троса.
Недостатком комплекса является повышенная трудоемкость проведения работ, увеличенные энергозатраты за счет того, что бортовая часть размещена на судне-носителе. Модуль заглубителя также буксируется судном-носителем на протяжении всего времени работы комплекса, что ограничивает возможность автоматизации работ и снижает продолжительность полезного времени работы комплекса вследствие необходимости периодической заправки топливом буксирующего судна.
Наиболее близким по технической сущности, взятым в качестве прототипа, является модульный автономный необитаемый подводный аппарат "Океаника" (патент RU 193287 U1, опубл. 22.10.2019, МПК B63G 8/00, B63H 25/00, B63C 11/48), содержащий пластиковый корпус с размещенными в нем герметичными модулями, корпуса которых выполнены из радиопрозрачного материала, при этом упомянутые модули снабжены собственными источниками электроэнергии и электронной аппаратурой с радиомодулями, объединяющими электронную аппаратуру всех модулей в единую беспроводную информационно-управляющую сеть, с возможностью взаимосвязи аппарата с пультом управления, расположенным на транспортном средстве сопровождения или непосредственно у оператора, при этом в него дополнительно введены надводный модуль, содержащий источник электроэнергии, блок проводной связи, радиомодуль, блок спутниковой системы навигации, электромеханическую аппаратуру для перемещения модуля по водной поверхности, причем надводный модуль связан с подводной частью аппарата проводной линией связи, а с упомянутым пультом управления связан радиомодуль надводной части аппарата.
Недостатком выбранного прототипа является сложность использования аппарата при выполнении работ на больших глубинах в виду усложнения процесса приема-отдачи кабеля-троса вследствие применения безлебедочной системы при подъеме-спуске аппарата. Так же при перемещении комплекса повреждается подводная часть о рельеф дна вследствие того, что на надводном модуле не предусмотрена возможность жесткой сцепки с подводным аппаратом. В комплексе используется двигательная система позиционирования надводной части, что приводит к дополнительному  расходу топлива при удержании аппарата в достигнутой точке акватории. Данное обстоятельство понижает энергоэффективность комплекса в целом.
Решаемой технической проблемой является создание эффективного управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой в акваториях, удаленных от береговой линии на значительные расстояния.
Техническим результатом является повышение энергоэффективности управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой.
Технический результат достигается тем, что управляемое устройство для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой, включает в себя надводную часть устройства, содержащую источник питания, блок электрооборудования с размещенным в нем радиомодулем, блоком спутниковой системы навигации, подводную часть устройства, представляющую собой телеуправляемый необитаемый подводный аппарат, надводная часть устройства связана с подводной частью кабелем-тросом, при этом надводная часть устройства выполнена в виде легкой плавучей платформы с размещенными на ней якорными лебедками, включающей в себя съемный водонепроницаемый корпус, блоки плавучести, лебедку с кабелем-тросом, блок стыковки, обеспечивающий жесткое соединение подводной и надводной частей при движении устройства к месту проведения работ, подводная часть устройства, представляющая собой телеуправляемый необитаемый подводный аппарат, выполнена с поворотными движителями.  Благодаря совокупности указанных признаков устройства достигается повышение энергоэффективности как при проведении самих поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой, так и при обеспечивающих их работах (транспортировка, погружение-подъем).
В описании данного технического решения используются следующие термины:
Энергоэффективность – эффективное (рациональное) использование энергетических ресурсов. Использование меньшего количества энергии для обеспечения того же уровня производительности при выполнении работ.
Система позиционирования -  система, предназначенная для удержания плавучей платформы в заданной позиции или области.
Для пояснения технической сущности управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой рассмотрим чертежи:
на фиг.1 – вид сбоку управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой;
на фиг.2 – вид сбоку управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой (с установленным съемным водонепроницаемым корпусом);
на фиг.3 – вид спереди управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой;
на фиг.4 – вид спереди управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой (с установленным съемным водонепроницаемым корпусом);
на фиг.5 – вид сверху управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой;
на фиг.6 – вид сверху управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой (с установленным съемным водонепроницаемым корпусом),
где 1 – источник питания; 2 – кабель-трос; 3 – лебедка с кабелем-тросом; 4 – ТНПА; 5 – съемный водонепроницаемый корпус; 6 – блоки плавучести; 7 – блок стыковки ТНПА; 8 – блок электрооборудования; 9 – якорные лебедки; 10 – поворотные движители; 11 – плавучая платформа.
Бортовая часть управляемого устройства для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой  размещена на плавучей платформе 11, на которой установлен легкий съемный водонепроницаемый корпус 5, в котором размещены источник питания 1, лебедка 3 с кабелем-тросом 2, блок электрооборудования 8. Данное решение обеспечивает защиту оборудования от попадания воды, при этом не утяжеляет устройство, упрощает его установку, обслуживание и транспортировку, что в целом обеспечивает повышение энергоэффективности.
В устройстве предусмотрены якорные лебедки 9. Это обеспечивает позиционирование плавучей платформы 11 в точке, исключает ее снос течением или ветром при проведении работ под водой.
В конструкцию плавучей платформы 11 введены блоки плавучести 6, размещенные симметрично относительно плоскостей симметрии платформы. Предложенное расположение блоков плавучести 6 повышает мореходные качества плавучей платформы 11, такие, как остойчивость и плавучесть, защищает ТНПА 4 от повреждений при транспортировке по суше, что повышает надежность устройства в целом.
Под днищем плавучей платформы 11, в месте спуска и подъема ТНПА 4, расположена система стыковки ТНПА 7, оборудованная фиксаторами для надежного соединения ТНПА 4 с плавучей платформой 11.
В конструкцию ТНПА 4 введены поворотные движители 10. Вращение движителей 10 повышает маневренные качества подводного аппарата, позволяет ускорить погружение и всплытие аппарата за счет увеличения вертикальной скорости, двигаться вперед и назад, совершать поворот вокруг вертикальной и горизонтальной осей аппарата.
Управляемое устройство для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой работает следующим образом:
Плавучая платформа 11 со стыкованным с ней ТНПА 4 спускается на воду с берега. Питание ТНПА 4, блока электрооборудования 8, лебедки с кабелем-тросом 3 осуществляется от источника питания 1. Связь ТНПА 4 с оборудованием плавучей платформы 11 обеспечивает гибкий кабель-трос 2, по которому на ТНПА 4 передаются команды оператора. Управляющие команды подаются на устройство оператором удаленно при помощи радиосигналов.
Движение устройства по поверхности воды осуществляется за счет поворотных движителей 10 ТНПА 4, причем аппарат находится в зафиксированном положении под днищем плавучей платформы 11 за счет системы стыковки ТНПА 7. Команда на перемещение подается удаленно. Управляемое устройство для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой осуществляет движение автономно, получая координаты точки от спутниковой навигационной системы, находящейся в блоке электрооборудования 8 плавучей платформы 11. При этом за счет предложенного расположения блоков плавучести 6 обеспечивается максимальная тяга поворотных движителей 10 ТНПА 4 из-за отсутствия эффекта затенения потока воды.
При достижении устройством заданного района акватории, оператор переходит в ручное управление.
Позиционирование плавучей платформы 11 осуществляется постановкой на якоря при помощи дистанционного управления якорными лебедками 9. После прекращения подводных работ, осуществляется снятие с якорей путем дистанционного управления якорными лебедками 9.
Спуск на глубину и подъем ТНПА 4 выполняет лебедка с кабелем-тросом 3. При получении команды на спуск от оператора фиксаторы блока стыковки ТНПА 7 отсоединяют аппарат от плавучей платформы 11. Спуск на глубину, перемещение в воде происходит за счет работы поворотных движителей 10 ТНПА 4. Процесс контролируется и выполняется оператором удаленно. При этом лебедка 3 раскручивает кабель-трос 2, что обеспечивает достижение требуемой глубины и препятствует обрыву кабеля-троса 2 от ТНПА 4. Работа ТНПА 4 на глубине осуществляется оператором удаленно, причем команды с помощью радиосигналов передаются на блок электрооборудования 8 плавучей платформы 11, а на ТНПА 4 передаются по кабелю-тросу 2. Подъем аппарата с глубины осуществляется обратным вращением лебедки с кабелем-тросом 3, при котором происходит наматывание кабеля-троса 2 на барабан лебедки 3. При этом поворотные движители 10 ТНПА 4 могут использоваться только для позиционирования аппарата относительно плавучей платформы 11 для точной стыковки с ней при помощи блока стыковки ТНПА 7. При приближении аппарата к блоку стыковки ТНПА 7 происходит его фиксация под днищем плавучей платформы 11.
Заявляемое техническое решение позволяет создать управляемое устройство для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых работ под водой за счет использования в качестве носителя бортовой части и ТНПА плавучей платформы простой и легкой конструкции, что повышает мобильность и надежность, обеспечивая улучшение эксплуатационных характеристик, что, в конечном счете, приводит к повышению энергоэффективности устройства при выполнении работ. Применение плавучей платформы в качестве носителя бортовой части и ТНПА, а также возможность автономного перемещения устройства за счет поворотных движителей ТНПА, состыкованного с платформой, приводит к повышению энергоэффективности устройства и позволяет применять предлагаемое устройство для проведения поисковых, спасательных, мониторинговых и других работ в акваториях, удаленных от береговой линии на значительные расстояния с меньшими энергозатратами.