Спускоподъемное устройство для малогабаритных необитаемых подводных аппаратов и опускаемых гидроакустических антенн с судна-носителя
LAUNCHING AND LIFTING APPARATUS FOR SMALL-SIZED UNMANNED UNDERWATER VEHICLES AND LOWERED HYDROACOUSTIC ANTENNAS FROM THE CARRIER VESSEL

Изобретение относится к области водного транспорта и может быть использовано для спуска и подъема управляемых по кабелю телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов (ТНПА), буксируемых необитаемых подводных аппаратов (БНПА) и опускаемых гидроакустических (ГА) антенн с судна-носителя, преимущественно безэкипажного катера (БЭК).
Из уровня техники известно судовое спускоподъемное (СПУ) для подводных аппаратов (Патент РФ на изобретение №2013291, опубликовано 30.05.1994 г.). Устройство содержит металлоконструкцию, которая состоит из верхнего и нижнего рычагов с приводами, шарнирно закрепленных на поворотной платформе. Поворотная платформа соединена с основанием приводным опорно-поворотным устройством. Основание установлено на палубе судна. На поворотной платформе установлена грузовая лебедка. На ноке верхнего рычага шарнирно закреплен блок шкива с захватом. Кабель-трос одним концом закреплен на грузовой лебедке, а вторым концом - на аппарате, расположенном рядом с устройством на кильблоке. На металлоконструкции шарнирно закреплены на горизонтальной оси подъемная рама и гидроцилиндр привода поворота рамы. На подъемной раме шарнирно закреплены симметрично расположенные рычаги. Каждый рычаг выполнен из шарнирно связанных между собой корневой и концевой секций. Рабочие поверхности секций выполнены цилиндрическими. Корневая секция шарнирно закреплена на подъемной раме и связана с гидроцилиндром привода поворота рычага, который также закреплен на подъемной раме. На корневой секции шарнирно установлен угловой двуплечий рычаг. Рычаг связан с пружиной, второй конец которой закреплен на корневой секции.
Из уровня техники также известно СПУ для буксируемых подводных аппаратов (патент РФ на полезную модель №191507, опубликовано: 08.08.2019 г.) Полезная модель относится к области морской техники, а именно к спускоподъемным устройствам для буксируемых подводных аппаратов и может быть использована для спуска, буксировки, подъема и хранения по-походному буксируемых подводных аппаратов. СПУ для БНПА содержит размещенные в жестком каркасе опорное основание, шарнирно установленную на опорном основании поворотную опору, шарнирно соединенную с поворотной опорой подъемную раму с механизмом складывания, лебедку, приводы, систему управления. Жесткий каркас выполнен в виде контейнера, в котором на опорном основании установлен ложемент для размещения буксируемого подводного аппарата в положении по-походному, в верхней части контейнера расположены кабелеукладчик и направляющий ролик. Лебедка выполнена 2-барабанной. Барабаны содержат звездочки, охваченные цепью, на которой закреплен коренной конец кабель-буксира. Ось подъемной рамы выполнена с возможностью вращения в противоположных направлениях и на середине оси размещен механизм захвата, в котором удерживается буксируемый подводный аппарат. Причем механизм захвата снабжен свободно вращающимся шкивом, кабель-буксир, проходя через кабелеукладчик, направляющий ролик и вращающийся шкив, закреплен вторым концом на буксируемом подводном аппарате. Повышается эффективность использования СПУ для буксируемых подводных аппаратов за счет обеспечения его мобильности, возможности в короткие сроки осуществить его установку на различных объектах-носителях и транспортировки различными видами транспорта, а также для хранения и обслуживания БНПА.
Аналогом, наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению, является СПУ для буксируемых и управляемых по кабелю подводных аппаратов (Patent WO/2019/207263, номер публикации WO/2019/207263, дата публикации 31.10.2019). Изобретение относится к системам для спуска на воду и подъема на борт подводного аппарата с помощью надводного корабля-носителя, в состав которого входят: подводный аппарат, который управляется через соединительный кабель, намотанный на барабан лебедки и подключен к системе управления судна-носителя. Лебедка с кабелем находится на надстройке судна-носителя. Подводный аппарат находится на кормовой палубе судна-носителя и опускается за борт (поднимается на борт) при помощи П-рамы.
Известное СПУ для подводных аппаратов принято за прототипа.
Общими недостатками СПУ для подводных аппаратов, описанных в известных аналогах и прототипе, являются:
- большой вес, повышенная сложность, большое количество деталей;
- для работы СПУ необходимо наличие электроприводов и гидроприводов, что усложняет его конструкцию и повышает требования к энергетическому обеспечению судна-носителя;
- лебедка с кабель-тросом находится далеко от П-рамы преимущественно на надстройке, следовательно, СПУ занимает почти всю площадь кормовой палубы судна-носителя;
- СПУ не может работать в автоматическом режиме, т.е. необходим обслуживающий персонал.
В основу предлагаемого изобретения поставлена задача устранить указанные недостатки и обеспечить возможность работы СПУ с малогабаритными ТНПА, БНПА и опускаемыми ГА антеннами с БЭК с возможностью работать в автоматическом режиме.
Поставленная задача решается тем, что спускоподъемное устройство для малогабаритных необитаемых подводных аппаратов с судна-носителя, содержит П-раму, установленную на шарнирах в кормовой части палубы судна-носителя перпендикулярно его диаметральной плоскости, причем П-рама снабжена приводами и шкивом, который размещен на ее верхней части, а также лебедку, установленную в диаметральной плоскости судна-носителя и снабженную электроприводом, натяжителем и тросоукладчиком. Барабан лебедки снабжен кабель-тросом, который через систему шкивов соединен с необитаемым подводным аппаратом. В качестве судна-носителя спуско-подъемного устройства для малогабаритных необитаемых подводных аппаратов использован безэкипажный катер, на палубе которого в кормовой части корпуса жестко установлена съемная платформа, на которой смонтированы все механические и электрические составные части СПУ в виде единого компактного модуля. На платформе также установлены электромагниты для фиксации на ней НПА в положении «по-походному», при этом П-рама установлена на кормовой части платформы на шарнирах с возможностью занимать два крайних положения «по-походному» и «рабочему», причем последнее с выносом НПА за корму катера. Перемещение П-рамы на шарнирах выполняется электродвигателем со встроенными понижающими редукторами, которые закреплены на кронштейнах, установленными на платформе, через ходовые винты и, кинематически связанные с ними, ползуны, которые шарнирно закреплены на П-раме, а на верхней части П-рамы шарнирно закреплен блок со шкивами, который снабжен, в своей нижней части, электромагнитным замком для фиксации НПА, совместно с блоком, на кабель-тросе, при переводе П-рамы из одного крайнего положения в другое крайнее положение и обратно, при этом блок со шкивом выполнен также возможностью перемещения как в диаметральной плоскости катера, так и в горизонтальной с борта на борт. Лебедка с электроприводом, в составе своих штатных механизмов, установлена на платформе на таком расстоянии от П-рамы, чтобы НПА, находящийся в положении «по-походному», размещался на платформе между ними. Сама лебедка жестко установлена на платформе посредством фундамента, который со стороны П-рамы в диаметральной плоскости катера, снабжен консольно и жестко установленной осью, на которой, в качестве штатного механизма лебедки, размещена качающаяся обойма со шкивом, с возможностью ее качания с борта на борт, следуя перемещениям кабель-троса тросоукладчика лебедки.
Поставленная задача решается также тем, что НПА в своей нижней части снабжен плоскими пластинами, выполненными из ферромагнитного материала, для фиксации НПА на платформе.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого спускоподъемного устройство для малогабаритных необитаемых подводных аппаратов с судна-носителя позволили снизить энергопотребление и массогабаритные характеристики СПУ, обеспечить возможность работы СПУ в автоматическом с малогабаритными ТНПА, БНПА и опускаемыми ГА антеннами с БЭК, что в целом позволяет достичь технический результат.
Техническим результатом являются создание компактного модульного СПУ, обладающего высокими характеристиками, за счет реализации принципа модульности. Устройство можно собрать и отрегулировать в лабораторных условиях и в готовом виде установить на БЭК. Реализован также принцип универсальности, так как данное СПУ может обеспечивать спуск на воду и подъем из воды объектов трех типов: ТНПА, БНПА и опускаемых ГА антенн.
На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где:
- фиг. 1 представлена структурная схема СПУ, П-рама которого размещена в «рабочем» положении для реализации операций с ТНПА;
- на фиг. 2 показана компоновка модуля СПУ на съемной платформе (ТНПА в положении «по-походному»;
- на фиг. 3 показан размещенный на П-раме блок со шкивом с возможностью перемещения как в диаметральной плоскости катера, так и в горизонтальной с борта на борт;
- на фиг. 4 показана размещенная на лебедке качающаяся обойма со шкивом с возможностью качания с борта на борт;
- на фиг. 5 показан размещенный на платформе СПУ БНПА в положении «по-походному»;
- на фиг. 6 показана размещенная на платформе СПУ гидроакустическая антенна в положении «по-походному».
На чертежах обозначены:
1 - кольцевой «якорь» ТНПА;
2 - ТНПА;
3 - кабель-трос;
4 - П-рама;
5 - электромагнитный замок;
6 - шкивы;
7 - качающийся блок со шкивами;
8 - ползуны;
9 - ходовые винты;
10 - кронштейны;
11 - электродвигатели;
12 - электромагниты;
13 - качающаяся обойма со шкивом;
14 - механизмы натяжителя и тросоукладчика кабель-троса;
15 - барабан лебедки с кабель-тросом;
16 - лебедка с электроприводом;
17 - шкив;
18 - ось;
19 - съемная платформа;
20 - шарнир П-рамы;
21 - безэкипажный катер (БЭК);
22 - ось продольного перемещения блока 7 со шкивами;
23 - ось поперечного перемещения блока 7 со шкивами;
24 - буксируемый необитаемый подводный аппарат (БНПА);
25 - опускаемая гидроакустическая (ГА) антенна.
В связи с тем, что данное изобретение обеспечивает спуск на воду и подъем из воды объектов трех типов ТНПА, БНПА и опускаемой гидроакустической антенны, в описании изобретения в качестве примера использован только один из них, а именно ТНПА.
Спускоподъемное устройство для малогабаритных необитаемых подводных аппаратов с судна-носителя выполнено следующим образом (фиг. 1). На палубе в кормовой части корпуса БЭК 21, установлена съемная платформа 19, на которой смонтированы все механические и электрические составные части СПУ в виде единого модуля (фиг. 2). Модуль подключается к системам питания и управления БЭК при помощи разъема и кабеля интерфейса информационно-технического взаимодействия. На платформе установлены электромагниты 12, предназначенные для фиксации ТНПА 2 в положении «по походному». ТНПА 2 имеет в своей нижней части стальные плоские «якоря» (не показано), предназначенные для взаимодействия с электромагнитами 12. На платформе 19 на шарнирах 20 установлена П-рама 4, которая может занимать два крайних положения: «рабочее» и «по-походному». П-рама приводится в движение электродвигателями со встроенными понижающими редукторами 11, которые шарнирно закреплены на кронштейнах 10, установленных на платформе 19. Электродвигатели 11 через понижающие редукторы вращают ходовые винты 9, которые связаны с ползунами 8, прикрепленными шарнирно к П-раме 4. В верхней части П-рамы шарнирно закреплен блок 7 со шкивами 6, который имеет в своей нижней части электромагнитный замок 5, предназначенный для фиксации ТНПА совместно с блоком 7. ТНПА (в свою очередь) имеет в своей верхней части плоский стальной ответный «якорь» кольцеобразной формы 1 предназначенный для взаимодействия с электромагнитным замком 5 блока 7. Кабель трос 3 одним своим концом проходит посередине «якоря» 1 и жестко присоединяется и электрически подключается к ТНПА, а другим - намотан на барабан 15 электрической лебедки 16, которая прикреплена к платформе 19. Электрическая лебедка 16 имеет в своем составе штатные механизмы тросоукладчика и натяжителя 14. С целью уменьшения габаритов платформы 19, лебедка 16 максимально придвинута к ТНПА 2, находящемуся в положении «по походному» на платформе 19. С целью недопущения соскальзывания кабель-троса 3 со шкивов 6 при работе лебедки с механизмами натяжителя и тросоукладчика в состав СПУ включена качающаяся обойма 13 со шкивом 17 (фиг. 4), которые имеют возможность качаться на оси 18 с борта на борт, следуя перемещениям механизмов натяжителя и тросоукладчика 14 на лебедке 16. Ось 18 консольно прикреплена к фундаменту лебедки 16. Блок 7 со шкивами 6 (фиг. 3) с целью недопущения соскальзывания кабель-троса 3, когда ТНПА под водой ушел далеко на левый или правый борт, имеет возможность перемещения в двух плоскостях: в диаметральной плоскости катера на оси 22 и в плоскости «с борта на борт» на оси 23. При помощи данного СПУ также возможно реализовывать спускоподъемные операции с БНПА 24 (фиг. 5), а также с опускаемыми ГА антеннами 25 (фиг. 6).
Устройство работает следующим образом:
А. Опускание ТНПА с БЭК в воду: В исходном положении «по походному» (фиг. 2) ТНПА 2 находится на платформе 19 и зафиксирован работающими электромагнитами 12. Для опускания ТНПА за борт катера в воду электромагниты 12 отключаются, а электромагнитный замок 5 - включается. Включается электропривод лебедки 16 на выбирание кабель-троса, и ТНПА через блок 7 со шкивами 6 приподнимается над платформой до тех пор, пока не вступит в контакт с работающим электромагнитным замком 5, что приведет к фиксации ТНПА на блоке 7. После этого, включаются электродвигатели 11 и П-рама, посредством работы ходовых винтов 9 и ползунов 8, переводится в рабочее положение. Далее электродвигатели 11 отключаются, а ТНПА оказывается вывешенным за борт катера с кормы. При осуществлении этого действия лебедка 16 потравливает кабель-трос на необходимую длину. Далее лебедка 16 начинает травить кабель-трос на глубину погружения ТНПА, обеспечивая тем самым его рабочую зону вблизи грунта, а ТНПА под дистанционным управлением человека-оператора, находящегося на берегу, приступает к подводным работам. При работе ТНПА под водой он может занимать любое положение относительно катера. При сильном уходе ТНПА в бок от катера блок 7 отклоняется в сторону под воздействием силы натяжения кабель-троса (фиг. 3), что снижает вероятность его соскальзывания со шкивов 6.
Б. Подъем ТНПА из воды на БЭК: П-рама 6 находится в рабочем положении. По окончании подводных работ включается электрическая лебедка 16 на выбирание кабель-троса 3, до тех пор, пока ТНПА не займет место вблизи кормы БЭК. Далее, работающая лебедка 16 поднимает ТНПА из воды до тех пор, пока «якорь» 1 ТНПА 2 не коснется включенного электромагнитного замка 5 и не зафиксирует аппарат на блоке 7. После этого, запускаются электродвигатели 11, и П-рама 4 перемещается в положение «по-походному», а электродвигатели 11 - отключаются. Далее электромагнитный замок 5 на блоке 7 отключается, а электромагниты 12 на платформе 19 - включаются. При работе лебедки 16 с механизмами тросоукладчика и натяжителя 14 на выбирание, так и на травление, качающаяся обойма 13 со шкивом 17 поворачивается на оси 18 под воздействием силы натяжения кабель-троса в нужную сторону (фиг. 4), что также препятствует соскальзыванию кабель-троса со шкивов 6 при выбирании кабель-троса при переводе П-рамы в положение «по-походному». После этого, лебедка включается на вытравливание кабель-троса и ТНПА опускается на платформу 19 и фиксируется на ней электромагнитами 12 (лебедка 16 отключается).