ПОДВОДНЫЙ БУКСИРОВЩИК

Настоящая полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, конструированию индивидуальных и прочих подводных буксировщиков и может быть использовано для создания движителя для пловца (или другого объекта буксировки) с колебательным электромагнитным перемещением рабочего органа.
Сущность представленной полезной модели заключается в модифицикации плавательных ласт для двойного применения - как мускульный, и как электрический движитель.
Уровень техники, обзор состояния серийных аппаратов:
Полезность подводных буксировщиков, DPV, как класса устройств не представляется спорным. На момент данной заявки, из открытых источников известны следующие типы серийно выпускаемых индивидуальных подводных буксировщиков:
Буксировщики для рекреационного дайвинга. В качестве движителя используется электродвигатель с винтом. На корпусе по сторонам размещаются рукоятки, на которых находятся кнопки пуска/остановки двигателя а также регулирования скорости. Недостатки: главный - заняты обе руки. Ограничения по глубине из-за множества мест герметизации подвижных соединений. Стоимость серийных моделей для глубин 20 метров и 40 метров отличаются в разы. Даже системы с «Мокрым якорем» двигателя, которые менее ограничены по глубине, требуют высокотехнологичного изготовления, защиты обмоток дорогими материалами, есть проблемы охлаждения, наличие винтов не позволяет гибко регулировать тягу в зависимости от нагруженности, шум винтов не позволяет достичь скрытности. Такие буксировщики, несмотря на обтекаемую форму, придают значительное сопротивление комплексу пловец-буксировщик, на преодоление которого тратится много энергии. Особенно проблемным является движение на ластак с отключенным буксировщиком, который, в данном случае, сам необходимо буксировать со всем его сопротивлением. (Kimura, S; Сох, G; Carroll, J; Pengilley, S; Harmer, A (2012). "Going the Distance: Use of Diver Propulsion Units, Underwater Acoustic Navigation, and Three-Way Wireless Communication to Survey Kelp Forest Habitats". In: Steller D, Lobel L, eds. Diving for Science 2012. Proceedings of the American Academy of Underwater Sciences 31st Symposium. Dauphin Island, AL. Retrieved 2014-03-28.). Есть в разработке модификации с креплением мини-буксировщиков на руках и ногах пловца.
Буксировщики для технического дайвинга и глубоководных работ - компоновка, в целом, такая же, отрицательные свойства аналогичны, однако материалы, долговечность, качество батарей значительно лучше, чем в первом случае. Стоимость отличается в разы и десятки раз в большую сторону. Большинство моделей может управляться одной рукой (Kernagis Dawn N, McKinlay Casey, Kincaid Todd R (2008). "Dive Logistics of the Turner to Wakulla Cave Traverse". In: Brueggeman P, Pollock Neal W, eds. Diving for Science 2008. Proceedings of the American Academy of Underwater Sciences 27th Symposium. Dauphin Island, AL: AAUS;. Retrieved 2014-03-28).
Военные индивидуальные буксировщики - информации крайне мало, советская разработка «Протей-1» и «Протей-2», из которых прижился только первый. Представляют собой ранцевые буксировщики, крепящиеся к телу пловца спереди (Протей 1), или сзади (Протей 2). Из известных параметров - длительная автономная работа, большая удельная тяга, использование большого количества высокотехнологичной механической обработки частей и узлов, высокая стоимость. Принцип тяги - также винтовой. Все типы военных буксировщиков известны (или быстро становятся известны) по гидроакустической картине всем гидроакустикам мира, могут быть распознаны анализаторами, поэтому использование их ограничено только на марше, последний участок, в зависимости от шумности механизмов, пловцы преодолевают на ластах, что ограничивает длительность пребывания, увеличивает расход воздуха. (http://www.thefreelibrary.com/By+sea+%26+stealth%3A+maritime+special+forces+tend+to+arrive+in+hostile…-a0140709845), (Jane′s Defence Monthly, March 20, 1993 p 23 in Patrick Clawson (Ed.) Iran′s Strategic Intentions and Capabilities Eisenstadt, M: An assessment of Iran's Military buildup, p135, Institute for National Strategic Studies, McNair Paper 29, April 1994, Washington DC)
Описание представляемой полезной модели:
В обычном движении под водой пловец использует ласты как обычно, мускульной силой. При необходимости осуществить форсированное движение при помощи электрического привода, или при буксировке грузов, ласты (тело ласты с каблуками - на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3, элемент 1) складываются параллельно модифицированными каблуками друг к другу, как показано на Фиг. 2 и Фиг. 3 (возможен вариант размещения одна над другой, в зависимости от конструктива) и фиксируются друг к другу магнитным (Магниты на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3, элемент 2), или механическим образом. При складывании, по возможности, автоматически, или вручную, активизируется питание электромагнитной схемы привода (к примеру, вручную кнопкой, или микропереключателем, или датчиком Холла (Фиг. 1 и Фиг. 2, элемент 3)), пара ласт превращается в синхронный противофазный рабочий орган. При этом осуществляется линейное ускорение тела пловца и буксируемого груза, при этом обе руки пловца остаются свободными. При необходимости остановки, ласты смещаются в любую сторону от соосной позиции, разнимаются и привод инактивируется, по возможности, автоматически. Отличие формы ласт от обычных заключается в формировании подковообразного каблука с интегрированными постоянными магнитами (Фиг. 3), или элементами механичекого соединения любого типа зацепов. Каблуки, при складывании, формируют продольное отверстие водозабора (Фиг. 3, элемент 4) гидродинамически выгодной формы. Сами плоскости ласт изготавливаются с применением всех известных методов уменьшения эффектов «провяливания в среду» и поперечного отталкивания среды, то есть с эластичной срединной частью и более жесткими краями, возможны дополнительные отверстия, продольные ребра и пр. Края имеют выраженные вертикальные продольные подъемы, которые не должны, однако, мешать успешному смыканию с разумным зазором, определяемым экспериментально. Наличие постоянных магнитов в каблуках и, возможно, в основании ласт позволяет также пловцу фиксироваться на металлических конструкциях при проведении подводных работ, а также позволяет получить дополнительную устойчивость на обледеневших, скользких или замасленных железных палубах перед погружением и после погружения.
Электромагнитный привод реализован в виде интеграции в передней трети (ближней к ноге) ласты электромагнитов (Фиг. 1 и Фиг. 2, элемент 5) в обе ласты, или якоря электромагнита (Фиг. 1 и Фиг. 2, элемент 6) в одну ласту, а катушку с сердечником в другую, или постоянного магнита в одну ласту и катушки с сердечником в другую, в зависимости от того, что предпочтительнее в данном случае энергетически, определяется расчетами и экспериментально. Подвод энергии от генератора колебаний любого типа (может быть также, использоваться схема с известными в технике прерывателями, мультивибраторами, прерываниями по обратной связи от датчика Холла) осуществляется по проводам от источника постоянного тока вдоль тела пловца. Источники тока можно использовать любые, но, учитывая особенности подводного плавания, на данном этапе предпочтительно использовать свинцово-кислотные, щелочные, гелевые, или литиевые аккумуляторы, которые будут замещать часть балласта пловца на поясе, что не скажется на плавучести и сопротивлении движению, а также позволит максимально укоротить провода. Использование предложенных технических решений позволяет изготовить гидродинамически выгодный движитель, исключает необходимость передачи механических колебаний извне системы, чем значительно упрощает механическую часть буксировщика, улучшает эксплуатационные характеристики движителя и обеспечивает универсальность его применения. Электромагнитная схема взаимодействия позволяет избежать полностью шарнирных, сальниковых, дейдвудных, шатунных и прочих приводов, значительно сэкономить на массе рабочего органа, силовой установки в целом и, соответственно, регулировать частотно-амплитудные характеристики привода в самых широких пределах, от долей герца до килогерц. В перспективе наиболее пригоден для реализации практически беззвучного движения для боевых пловцов, а также имитации вибро - и акустической картины живых объектов (при использовании частотной и амплитудной модуляции), а также - формировать сигнал управления группой, или локационный;
Предлагаемая модель содержит все признаки новизны, в частности,
1. Использование махового ластного привода со встречным, взаимодействующим движением рабочего органа, в известных моделях встречное движение; со взаимодействием не применяется,
2. Возможность быстрого переключения режимов мускульный-электромагнитный привод путем смыкания и размыкания каблуков,
3. Использование модифицированных обычных плавательных ласт для мускульного и электромагнитного движения,
4. Обе руки пловца свободны,
5. Отсутствует ограничение по глубине.
Схематичное устройство ласты в электромагнитном варианте с датчиком Холла и магнитным сочленением каблуков показано на Фиг. 1 (разомкнуты, продольно-вертикальный разрез), Фиг. 2 (сомкнуты, взаимодействуют), Фиг. 3 (разрез фронтальлый, через сомкнутые каблуки), Фиг. 4 (Продольно-горизонтальный разрез)
Улучшение эксплуатационных характеристик при применении предложенной модели по сравнению с существующими индивидуальными подводными буксировщиками включает следующее:
- Отсутствие дополнительно внешнего оборудования, повышающего гидродинамическое сопротивление;
- Свободны обе руки пловца;
- Отсутствует какое-либо ограничение по глубине в принципе, пропитанная катушка с сердечником, залитая в тело ласты без воздушных полостей может подвергаться любым давлениям без разрушения.
- Максимально возможное упрощение и удешевление конструкции;
- Повышение КПД (снижение потерь);
- Безопасность для окружающей среды и других пловцов, атравматичность для самого пловца.
- Полное исключение из схемы внешнего движителя, внешних движущихся частей и соединений, в том числе, контактирующих со средой, движется только рабочий орган;
- Широкий диапазон амплитуд и частоты колебаний. Возможность частотной и амплитудной модуляции, имитации вибро - и акустической картины живых объектов;
- Возможность быстрой, широкой и тонкой регулировки скорости потока с наличием экономичного (резонансного), самого малого (беззвучного) и форсированного хода вплоть до звукового диапазона колебаний рабочего органа;
- Возможность малошумного движения для обеспечения скрытности объекта;
- Возможность масштабирования изделия для создания на основе данной модификации движителя от нанороботов до надводных и подводных судов;
- Возможность использования одного устойчивого материала для контакта со средой (резина, пластик, пр.), широкого применения штампа;
- Самопроизвольное спрямление рабочего органа для минимизации сопротивления при отключении питания (поток автоматически возвращает рабочий орган в продольное положение);
- Возможность использования изделия, или его модификации отдельно от пловца в качестве буксировщика подводных платформ;
- Энергетическая установка движителя не занимает места вне самого движителя, что позволяет значительно увеличить полезный объем груза, перемещаемый пловцом;
- Отсутствие дополнительного сопротивления при мускульном движении;
- Отсутствие проблем охлаждения силовой установки - изделие монолитное;
- Общее время эксплуатации ограничивается только усталостью материала рабочего органа в целом и ресурсом электрических элементов питания при конкретном погружении.
Предлагаемое название - Клаптер (Clappter) - от англ. CLAP - хлопать в ладоши, похлопывать. Иллюстрирует принцип работы и отличительные признаки. Не является чьей-либо торговой маркой на момент подачи заявки.