МОДУЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ НЕОБИТАЕМЫЙ ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ
MODULAR AUTONOMOUS UNINHABITED UNDERWATER VEHICLE

Изобретение относится к области подводной морской техники, в частности к автономным необитаемым подводным аппаратам (АНПА), и может быть применено в разного рода подводных исследованиях.
Известны модульные АНПА, корпуса которых составлены из отдельных герметичных модулей. Эти модули оборудованы герметичными разъемами для подключения оптоволоконных или кабельных линий связи внутриаппаратной информационно-управляющей сети, которая объединяет электронную аппаратуру модулей в единую систему, а также герметичными разъемами для подачи в модули электропитания из отдельного модуля с источником электроэнергии.
Примерами таких АНПА могут служить АНПА GAVIA (Hafmynd, Исландия, в настоящее время права на АНПА принадлежат Teledyne Gavia) (Thorhallsson Т. GAVIA - а Modular Compact AUV for Deep // International Ocean Systems. 2003. January / February, pp. 6-10) и перспективные разработки AO «ЦКБ MT «Рубин» (РФ) (Семенов Д.О., Лускин Б.А., Гурин Г.С., Клочков П.А. Трехмерное проектирование перспективных модульных НПА // Судостроение. 2017. №5. С. 9-12).
Прототипом к заявляемому изобретению выбран модульный АНПА ISiMI6000 (Korea Institution of Ocean Science & Technology, Южная Корея) (Gyeong-Mok Lee, Jin-Yeong Park, Banghyun Kim et al. Development of an Autonomous Underwater Vehicle ISiMI 6000 for Deep-sea Observation // Indian Journal of Geo-Marine Sciences. Vol. 42(8), December 2013. pp. 1034-1041). АНПА ISiMI6000 содержит корпус и герметичные модули: аппаратный модуль, модуль источника питания и модуль движительной системы. Аппаратура модулей объединена сетью, одним из узлов которой представляет собой радиомодуль, позволяющий в надводном положении обмениваться информацией с судном сопровождения. При отладке оборудования в лабораторных условиях или на судне сопровождения к внутриаппаратной сети можно подключиться через сетевой разъем.
Недостаток известного устройства заключается в том, что отверстия в корпусах модулей АНПА ISiMI6000 для сетевых и силовых разъемов ослабляют конструкцию этих модулей. Разрушение или нарушение герметичности сетевых и силовых межмодульных разъемов приводит к выходу модулей АНПА из строя, причем выход из строя модуля с источником электроэнергии означает потерю всего АНПА.
Все это приводит к снижению надежности работы АНПА, а выход из строя модуля источника электроэнергии АНПА вызывает прекращение выполняемой миссии АНПА и его потерю.
Задача настоящего изобретения состоит в разработке аппарата с повышенной живучестью при сохранении двух положительных качеств прототипа: модульного построения аппарата и использования внутриаппаратной информационно-управляющей сети.
Техническим результатом изобретения являются увеличение надежности герметизации модулей, а, следовательно, и надежности работы АНПА и обеспечение его функционирования даже при отказе оборудования или затопления отдельных модулей.
Технический результат достигается тем, что модульный автономный необитаемый подводный аппарат, содержит металлический корпус с размещенными в нем герметичными модулями, корпуса которых выполнены из радиопрозрачного материала, при этом модули снабжены источниками электроэнергии и электронной аппаратурой с радиомодулями, объединяющими электронную аппаратуру всех модулей в единую беспроводную информационно-управляющую сеть, причем питание каждого модуля осуществляется от своего источника электроэнергии.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежом. Устройство состоит из отдельных модулей, например, 1-4, корпус каждого из которых герметичен и выполнен из радиопрозрачного материала. Каждый модуль содержит источник электроэнергии 5, электронную и, при необходимости, электромеханическую аппаратуру 6, а также радиомодули 7, которые осуществляют связь между модулями 1-4 и образуют внутриаппаратную беспроводную информационно-управляющую сеть. При этом сигналы сети передаются через стенки модулей, выполненных из радиопрозрачного материала. Металлический корпус 8 объединяет модули 1-4 в единое целое и придает жесткость всему устройству. Металлический корпус 8 экранирует сигналы беспроводной сети от попадания во внешнюю среду, а также защищает электронную аппаратуру АНПА от внешнего электромагнитного излучения. Металлический корпус сплошной или составной. В последнем случае он состоит из секций, образующих внешние оболочки модулей 1-4 и скрепленных между собой.
В состав АНПА входят следующие основные системы: система управления, система энергообеспечения, движительно-рулевой комплекс, навигационный комплекс, информационно-измерительная система, система передачи данных, комплекс технического зрения.
Аппаратура 6 данных систем распределена, например, между следующими модулями: носовым 1, измерительным 2, управления и связи 3 и движительным 4.
В носовом модуле 1 находится система технического зрения, включающая, к примеру, гидролокатор бокового обзора, фотокамеры, впередсмотрящий эхолот, предназначенный для уклонения от столкновений. Оборудование носового модуля 1 передает в систему управления АНПА данные обзора и съемки дна, а также информацию, необходимую для управления движением АНПА.
В модуле 2 размещена информационно-измерительная система, которая содержит, например, измерители основных параметров среды - датчики температуры, давления (глубины), электропроводности, скорости звука и т.д.
Модуль управления и связи 3 содержит, например, основной компьютер АНПА, управляющую электронику и программное обеспечение управления аппаратом. Модуль 3 включает в себя также стандартное коммуникационное оборудование: для связи на поверхности - спутниковую связь типа ГЛОНАСС; для передачи данных в подводном положении - гидроакустическую систему связи (ГАСС), реализованную посредствам акустической модемной пары.
В движительном модуле 4 расположен движительно-рулевой комплекс. При этом гребной электродвигатель служит пропульсивной установкой, а независимые рулевые устройства осуществляют управление курсом, креном и дифферентом.
Надежная герметизация модулей 1-4, достигается за счет того, что корпуса модулей выполнены без ослабляющих их отверстий для сетевых и силовых разъемов. Изготовленные из радиопрозрачных материалов корпуса модулей 1-4 при повреждении металлического корпуса 8 позволяют радиомодулям 7 электронной аппаратуры 6 разных модулей поддерживать связь между собой через затопленный модуль или модули, и таким образом продолжить выполнение миссии АНПА.
Заполнение внутреннего пространства модулей 1-4 радиопрозрачным материалом позволяет получить наибольшую степень их герметизации, способную обеспечить работу этих модулей даже при повреждении металлического корпуса 7 и корпусов самих модулей, но такое решение делает аппаратуру модулей неремонтопригодным.
Если необходимо сохранять ремонтопригодность аппаратуры модуля АНПА, то внутреннее пространство модуля следует оставлять незаполненным. В этом случае при нарушении герметичности модуля, обмен информацией между оставшимися неповрежденными модулями поддерживается следующим образом.
Если один или несколько модулей вследствие повреждения оболочки заполнены морской водой, которая, как известно, обладает электропроводностью, то радиомодули 7 неповрежденных модулей поддерживают работу беспроводной сети по оставшейся неповрежденной части радиопрозрачного корпуса затопленного модуля или модулей
Если один или несколько модулей заполнены пресной водой озера или технического бассейна, то при малой суммарной длине модулей беспроводная сеть осуществляет связь между остальными модулями через воду. Эксперименты показали, что при частоте сигнала 2,4 ГГц сеть на расстоянии до 0,15 м работает в пресной воде без потери пакетов (Jaime Lloret, Sandra Sendra, Miguel Ardid, Joel J.P.C. Rodrigues.Underwater Wireless Sensor Communications in the 2.4 GHz ISM Frequency Band // Sensors. 2012. Vol. 12.pp. 4237-4264).
Использование беспроводной сети в АНПА не приведет к увеличению вероятности их обнаружения существующими техническими средствами по сравнению с АНПА, оборудованными проводной сетью.
Применение радиомодулей для организации связи между аппаратурой модулей АНПА повышает отказоустойчивость оборудования систем АНПА при объединении их сетью с полносвязной или ячеистой топологией без увеличения числа проводников.
Наличие в каждом модуле 1-4 отдельного источника электроэнергии позволяет избежать взаимных помех электронной аппаратуры 6 различных модулей по питанию.
Если в качестве источников электроэнергии 5 используются аккумуляторы, то при подготовке миссии на берегу или на борту корабля обеспечения, для того, чтобы не нарушить герметичность корпусов модулей 1-4, их заряжают бесконтактно от устройств, работающих по принципу электродинамической индукции. (Гринева А.О., Тепляков М.В., Хазиева М.Д. О практическом опыте и некоторых проблемах передачи электроэнергии бесконтактным способом // Судостроение. 2015. №4. С. 40-42).