Безэкипажное телеуправляемое плавсредство

Полезная модель относится к области судостроения, а именно к безэкипажным телеуправляемым плавсредствам, предназначенным преимущественно для выполнения поисковых и исследовательских задач над водой и под водой, в том числе в условиях значительного волнения водной поверхности (до 3 баллов).
Известен телеуправляемый подводный аппарат, предназначенный для осмотра подводных объектов, а также сбора подводных образцов (патент RU 2387570 на изобретение, B63G 8/00, B63G 8/38, B63C 11/00, опубл. 27.04.2010). Аппарат содержит корпус с модулем плавучести и движителями вертикального и горизонтального хода, блок управления, блок сбора данных, устройства видеосъемки, светильники, датчики глубины и давления, средство связи, манипулятор и контейнер для сбора образцов. Движители горизонтального хода установлены на корпусе таким образом, что их оси вращения расположены в одной плоскости с возможностью регулирования углов осей вращения к продольной оси аппарата в горизонтальной плоскости. Движители вертикального хода размещены по центру верхней части корпуса. В процессе эксплуатации при погружении аппарата на заданную глубину средство связи, соединенное посредством кабель-троса с блоком управления и блоком сбора данных, остается на поверхности воды. Управление движением аппарата под водой, а также манипулятором осуществляется оператором посредством подачи команд на средство связи.
Известный телеуправляемый подводный аппарат имеет следующие недостатки. Расположение движителей горизонтального хода в одной плоскости с возможностью регулирования углов осей вращения к продольной оси аппарата в горизонтальной плоскости в совокупности с размещением движителей вертикального хода по центру верхней части корпуса, то есть в проекции центра тяжести корпуса, исключает возможность перемещения аппарата с отклонением корпуса по углам крена и дифферента относительно нулевого положения, что снижает маневренность подводного аппарата при исследовании дна сложного рельефа.
Наиболее близким по технической сущности решением является комплекс телеуправляемого подводного аппарата (патент RU 130292 на полезную модель, B63C11/49, G01V8/00, опубл. 20.07.2013). Аппарат включает корпус с плавучим модулем, горизонтальные движители и два вертикальных движителя, блок управления, блок сбора данных, устройство видеосъемки, светильник, гидроакустический маяк-ответчик, гидролокатор, манипулятор, а также средство связи, соединенное с блоком управления и блоком сбора данных. Движители установлены на дне корпуса; при этом вертикальные движители размещены на поперечной оси корпуса между горизонтальными движителями. Изменение направления движения аппарата по курсу, а также движение вперед и назад обеспечивается горизонтальными движителями, а спуск аппарата и подъем – вертикальными движителями.
Недостатком телеуправляемого подводного аппарата, выбранного в качестве прототипа, является низкая маневренность, обусловленная следующим. Во-первых, расположение вертикальных движителей на поперечной оси исключает возможность отклонения корпуса по дифференту относительно его нулевого положения, то есть ограничивает подвижность корпуса в вертикальной продольной плоскости (в диаметральной плоскости). Во-вторых, размещение движителей на дне корпуса, то есть в максимальной близости к центру тяжести корпуса, приводит к возникновению моментов сил движителей малой величины и, следовательно, к снижению возможности быстрого отклонения корпуса на значительную величину по курсу и крену, что также способствует понижению подвижности корпуса. Все это в совокупности приводит к снижению маневренности телеуправляемого подводного аппарата.
Технической проблемой является создание высокоманевренного безэкипажного телеуправляемого плавсредства.
Технический результат заключается в обеспечении подвижности безэкипажного телеуправляемого плавсредства в основных координатных плоскостях, а именно перемещение и вращение в указанных плоскостях.
Технический результат достигается за счет того, что в безэкипажном телеуправляемом плавсредстве, включающем корпус с модулем плавучести, вертикальные и горизонтальные движители, установленные на корпусе, блок управления, блок сбора данных, средства сбора данных, соединенные с блоком сбора данных, и средство связи, соединенное с блоком управления и блоком сбора данных, согласно полезной модели, по меньшей мере по два вертикальных движителя расположены на бортах корпуса, в носовой части корпуса размещен один горизонтальный маневровый движитель, а в транцевой части корпуса установлены один горизонтальный маневровый и один горизонтальный маршевый движители.
Оптимальным является расположение горизонтальных маневровых движителей таким образом, что их вектора тяги действуют в разных плоскостях, а также использование движителя с бесколлекторным электродвигателем с гребным винтом на валу в качестве горизонтального маршевого движителя.
В частном случае выполнения средство связи выполнено в виде буя и соединено с блоком управления и блоком сбора данных посредством проводной связи. В частном случае выполнения безэкипажное телеуправляемое плавсредство содержит устройство видеосъемки, гидролокатор, соединенные с блоком сбора данных, а также средство освещения и гидроакустический маяк-ответчик.
Увеличение количества вертикальных движителей в совокупности с установкой движителей на разных сторонах корпуса способствует повышению подвижности корпуса в диаметральной и основной плоскостях, а также в плоскости мидель-шпангоута, и, следовательно, увеличению маневренности безэкипажного телеуправляемого плавсредства.
Расположение горизонтальных маневровых движителей таким образом, что их вектора тяги действуют в разных плоскостях, а также использование движителя с бесколлекторным электродвигателем с гребным винтом на валу в качестве горизонтального маршевого движителя дополнительно способствует увеличению подвижности корпуса и, соответственно, повышению маневренности безэкипажного телеуправляемого плавсредства.
Дополнительным техническим результатом является повышение эффективности проведения поисковых и исследовательских задач над водой и под водой, в том числе в условиях значительного волнения водной поверхности, что обеспечивается выполнением средства связи в виде буя и его соединением с блоком управления и блоком сбора данных посредством проводной связи, а также снабжением устройством видеосъемки, гидролокатором, соединенными с блоком сбора данных, а также средством освещения и гидроакустическим маяком-ответчиком.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид сбоку безэкипажного телеуправляемого плавсредства, на фиг.2 – вид сзади безэкипажного телеуправляемого плавсредства, на фиг. 3 – общий вид заявляемого устройства.
Безэкипажное телеуправляемое плавсредство включает корпус 1 с модулем плавучести (на фиг. не показан), блок управления (на фиг. не показан), блок сбора данных (на фиг. не показан), средства сбора данных, а также средство связи 2 и гидроакустический маяк-ответчик 3, выполняющий функции средства связи и навигации.
На бортах корпуса 1 установлено по два вертикальных движителя 4, на носу корпуса 1 – горизонтальный маневровый движитель 5, а в транцевой части – горизонтальный маневровый движитель 6 и горизонтальные маршевые движители 7 (фиг. 1-3). При этом горизонтальный маневровый движитель 5 и горизонтальный маневровый движитель 6 находятся на разных уровнях относительно горизонтальной продольной оси корпуса. В горизонтальных маршевых движителях 7 могут быть использованы бесколлекторные электродвигатели с гребными винтами на валу, обеспечивающие высокую скорость движения безэкипажного телеуправляемого плавсредства при низком энергопотреблении.
Модуль плавучести представляет собой балластную емкость (и/или набор грузов) и погружную помпу. Для погружения безэкипажного телеуправляемого плавсредства на глубину производится заполнение балластной емкости водой, а при всплытии – откачка воды с помощью погружной помпы.
Средство связи 2, выполненное в виде буя, соединено с блоком управления и блоком сбора данных посредством кабель-троса. Форма буя обеспечивает остойчивость, объемное водоизмещение и подъем приемо-передающей антенны в положении, когда безэкипажное телеуправляемое плавсредство находится на глубине и средство связи 2 выпущено на поверхность воды. В положении, когда безэкипажное телеуправляемое плавсредство находится на поверхности воды, средство связи 2 установлено на корпусе 1.
Гидроакустический маяк-ответчик 3 выполнен таким образом, что обеспечивает возможность определения координат безэкипажного телеуправляемого плавсредства в подводном режиме.
Средства сбора данных включают устройство видеосъемки 8 и гидролокатор 9 (фиг. 3), соединенные с блоком сбора данных. В качестве гидролокатора 9 использован двухчастотный гидролокатор бокового обзора с низкочастотным и высокочастотным каналами для обнаружения объектов на большом расстоянии от заявляемого устройства (более 350 м) и мелкоразмерных объектов на небольшом удалении (до 100 м) соответственно.
На корпусе 1 установлены средство освещения (на фиг. не показано) и свето-радио маяк 10 (фиг. 3). Средство освещения представляет собой прожектор. Свето-радио маяк 10 предназначен для визуального определения местонахождения безэкипажного телеуправляемого плавсредства в надводном положении, радиооповещения о местонахождении безэкипажного телеуправляемого плавсредства и имеет рабочую дальность передачи сигнала не менее 100м.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Вывод безэкипажного телеуправляемого плавсредства в заданную точку осуществляется оператором посредством подачи команд через средство связи 2 на блок управления. Обследование заданной зоны может осуществляться в автоматическом режиме или в телеуправляемом режиме. Накопленная блоком сбора данных с устройства видеосъемки 8 и гидролокатора 9 информация, а также данные о координатах расположения безэкипажного телеуправляемого плавсредства, находящегося в водоизмещающем положении, передаются через средство связи 2 по радиоканалу на пульт управления оператора (на фиг. не показан) в режиме реального времени. При этом блок сбора данных осуществляет хранение указанной информации, что позволяет в дальнейшем передавать ее в неизменном виде посредством проводной связи (информация, передаваемая по радиоканалу, может быть искажена вследствие пропуска ее части).
В случае наличия волнения, существенно влияющего на работу гидролокатора 9 бокового обзора, безэкипажное телеуправляемое плавсредство погружается на глубину до 3 м. При этом производится отстыковка средства связи 2 в виде буя от корпуса 1 посредством выпускания необходимой длины кабель-троса, соединяющего средство связи с корпусом 1. Для исследования дна (объектов) сложного рельефа осуществляется маневрирование (перемещение и вращение в основных координатных плоскостях) безэкипажного телеуправляемого плавсредства посредством управления работой движителей 5, 6, 7. Оставшееся на поверхности средство связи 2 передает полученную через блок сбора данных от устройства видеосъемки 8 и гидролокатора 9 информацию на пульт управления оператора. В случае недостаточной освещенности область исследования освещают с помощью средства освещения.
При необходимости дообследования объекта, находящегося на глубине, работа безэкипажного телеуправляемого плавсредства осуществляется в автоматическом режиме с возможностью коррекции оператором. При этом производится стыковка средства связи 2 с корпусом 1, безэкипажное телеуправляемое плавсредство спускается на нужную глубину (до 60 м) и осуществляет сбор данных, поступающих от устройства видеосъемки 8 и гидролокатора 9. Блок сбора данных накапливает и хранит полученную информацию и при всплытии безэкипажного телеуправляемого плавсредства на поверхность передает ее через средство связи 2 на пульт управления оператора. При этом данные о координатах местоположения плавсредства под водой в режиме реального времени определяются посредством гидроакустического маяка-ответчика 3 и передаются на пульт управления оператора.
Заявленные конструктивные особенности безэкипажного телеуправляемого плавсредства обеспечивают его подвижность в основных координатных плоскостях, а именно перемещение и вращение в указанных плоскостях.