Модульный автономный необитаемый подводный аппарат "Океаника"

Полезная модель относится к области подводной морской техники, в частности к автономным необитаемым подводным аппаратам (АНПА), и может быть применена в качестве игрового обучающего конструктора, а также в различного рода подводных исследованиях.
Известен комплекс телеуправляемого необитаемого подводного аппарата [ 1. RU 130292 U1, МПК В63С 11/49, G01V 8/00; 20.07.2013, Бюл. № 20], содержащий установленную на обеспечивающем судне бортовую часть, соединенную кабель-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, при этом 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, пятью движителями, манипулятором, причем горизонтальные движители расположены по векторной схеме, наклонную платформу, содержащую, по меньшей мере, одну видеокамеру и/или светильник, а подводная часть содержит, по меньшей мере, две видеокамеры.
Недостатком такого комплекса является необходимость его привязки к обеспечивающему судну, что существенно ограничивает автономность подводной его части и отсутствие возможности комбинирования различных блоков и полезной нагрузки.
Известен мобильный подводный аппарат [2. RU 60476 U1, МПК B63G 8/00, В63Н 11/00; 27.01.2007, Бюл. №3 ], содержащий корпус обтекаемой формы, движитель непосредственного воздействия на воду, соединенный с корпусом, корпус этого подводного аппарата выполнен в виде симметричного тела вращения, а на внешней части корпуса закреплены движители, соединенные с корпусом посредством пилонов, причем на аппарате установлено не менее двух движителей.
Недостатком такого аппарата является сложность размещения или присоединения дополнительных модулей полезной нагрузки.
Известен подводный аппарат повышенной маневренности [3. RU2290338, МПК B63G 8/16, В63Н 20/08; 27.12.2006, Бюл. №36 ], содержащий корпус и кормовую движительную установку, включающую два маршевых реверсивных движителя, размещенных в горизонтальной плоскости под углом к продольной оси аппарата по разные стороны от оси, а кормовая движительная установка дополнительно снабжена размещенным в горизонтальной плоскости перпендикулярно продольной оси подводного аппарата баллером с реверсивным приводом, обеспечивающим возможность возвратно-поворотных движений баллера относительно его продольной оси, а маршевые реверсивные движители неподвижно размещены на баллере.
Недостатком такого аппарата является отсутствие специализированной полезной нагрузки, системы связи и передачи данных.
Известен высокоманевренный автономный необитаемый подводный аппарат [4. RU 2112694, МПК B63G 8/00; 10.06.1998], содержащий корпус аппарата и движительную установку, включающую группу из трех или четырех кормовых маршевых реверсивных движителей, расположенных под углом к продольной оси аппарата, и группу носовых подруливающих водометных движителей, расположенных в поперечной плоскости аппарата, причем в поперечной плоскости корпуса аппарата в качестве подруливающих движителей носовой группы установлены вертикальный и лаговый реверсивные водометные движители со сквозными в корпусе аппарата водоводами, при этом водовод каждого движителя выполнен в виде Y-образного канала, состоящего из одного цилиндрического и двух раздельных каналов, причем в цилиндрической части Y-образного канала установлен гребной винт, а электродвигатель для привода последнего размещен в корпусе аппарата непосредственно между двумя раздельными каналами и кинематически связан с гребным винтом.
Недостатком предложенного высокоманевренного автономного необитаемого подводного аппарата является относительная сложность движителей, выполненных в виде Y-образного канала.
Известен модульный автономный необитаемый подводный аппарат [5. RU 2667674, МПК B63G 8/00; 24.09.2018, Бюл. №27], выбранный в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Данный 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.
Недостаток известного устройства заключается в том, что его конструкция не предполагает использования нескольких типоразмеров, оперативное наращивание конструкции, быструю замену полезной нагрузки, изменение конфигурации за счет присоединения (удаления) дополнительных модулей АНПА.
Задача заявляемого полезной модели состоит в разработке модульного автономного необитаемого подводного аппарата (модульного АНПА) с дополнительной возможностью пользователю выбирать несколько вариантов типоразмеров, использовать вариабельность полезной нагрузки при сохранении положительных качеств прототипа: модульного построения аппарата, внутриаппаратной информационно-управляющей сети и повышенной живучести.
Техническим результатом использования полезной модели являются дополнительная возможность пользователю выбирать несколько вариантов - типоразмеров аппарата при самостоятельном проектировании и обучении, проведении исследований, а также использовать вариабельность различной полезной нагрузки.
Технический результат достигается тем, что в модульном автономном необитаемом подводном аппарате, содержащем 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 (блоком) управления, расположенном на транспортном средстве сопровождения или непосредственно у оператора, согласно полезной модели, дополнительно введены надводный модуль, содержащий источник электроэнергии, блок проводной связи, радиомодуль, блок спутниковой системы навигации и электромеханическую аппаратуру для перемещения модуля по водной поверхности, причем надводный модуль связан с подводной частью аппарата проводной линией связи, а с упомянутым пультом (блоком) управления связан радиомодуль надводной части (надводного модуля) аппарата.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами (фиг. 1-6).
На фиг. 1 представлена функциональная блок - схема АНПА;
На фиг. 2 упрощенно показан модульный АНПА в базовой комплектации с четырьмя движителями, расположенными по бокам корпуса;
на фиг. 3 - то же, вариант с четырьмя движителями, расположенными вертикально;
на фиг. 4 - то же, вариант с двумя движителями, расположенными вертикально, и двумя - горизонтально;
на фиг. 5 - то же, вариант с двумя движителями, расположенными вертикально, и четырьмя - горизонтально;
на фиг. 6 - то же, вариант с дополнительным модулем полезной нагрузки.
Заявляемое устройство состоит из отдельных модулей, например 1-5, корпус каждого из которых герметичен и выполнен из радиопрозрачного материала (фиг. 1).
Модули между собой крепятся планками Пикатинни или посредством направляющих.
Модульный автономный необитаемый подводный аппарат «Океаника» содержит:
1 - носовой модуль;
2.1-2.2 -движительные модули;
3 - связной модуль;
4 - измерительный модуль (модуль полезной нагрузки);
5 - кормовой модуль;
6 - надводный модуль;
7 - пульт (блок) управления;
8.1-8.8 - источники электроэнергии (источники энергоснабжения для каждого модуля);
9 - блок полезной нагрузки носового модуля;
10.1-10.12 - радиомодули;
11.1-11.4- электромеханическую аппаратуру;
12.1-12.2 - блоки проводной связи;
13 - блок полезной нагрузки измерительного модуля;
14 - вычислительное устройство;
15.1-15.2 - блоки спутниковой системы навигации;
16 - органы управления;
17 - устройство отображения информации;
18 - провод связи (проводную связь).
АНПА взаимосвязан с пультом (блоком) управления (находящимся на водном, воздушном или сухопутном транспортном средстве или непосредственно у оператора на берегу), на фиг. 1 обозначен позицией 7.
Носовой модуль 1 содержит: источник электроэнергии 8.1, модуль беспроводной связи 10.1 и блок полезной нагрузки носового модуля 9, в качестве которой может быть применена видеокамера, видеокамера с осветителем или иная аппаратура видеорегистрации.
Движительный модуль 2.1 содержит: источник электроэнергии 8.2, два модуля беспроводной связи 10.2 и 10.3 и электромеханическую аппаратуру 11.1, в качестве которой могут быть применены электродвигатели и система управления ими.
Движительный модуль 2.2 содержит: источник электроэнергии 8.5, два модуля беспроводной связи 10.8 и 10.9 и электромеханическую аппаратуру 11.2, в качестве которой также могут быть применены электродвигатели и система управления ими.
Связной модуль 3 содержит: источник электроэнергии 8.3, два модуля беспроводной связи 10.4 и 10.5, вычислительное устройство 14, в качестве которого могут быть применен бортовой процессор, выполняющий функцию блока управления подводного аппарата, а также блок проводной связи 12.1.
Измерительный модуль (модуль полезной нагрузки) 4 содержит: источник электроэнергии 8.4, два модуля беспроводной связи 10.6 и 10.7, блок полезной нагрузки измерительного модуля 13, в качестве которой могут быть применены исследовательские системы (гидроакустическая антенна, глубиномер, аппаратура фото- и видеорегистрации, радиационного и химического контроля, датчики растворенного кислорода, датчики прозрачности воды, датчики температуры, и пр.).
Кормовой модуль 5 содержит: источник электроэнергии 8.6, модуль беспроводной связи 10.10, электромеханическую аппаратуру 11.3, в качестве которой могут быть применены электродвигатели для управления рулями.
Надводный модуль 6 содержит: источник электроэнергии 8.7, радиомодуль 10.11, блок проводной связи 12.2; электромеханическую аппаратуру 11.4, в качестве которой применяются электродвигатели и система управления ими для обеспечения перемещения надводного модуля 6 по поверхности воды, блок спутниковой системы навигации 15.1.
Пульт управления 7 содержит: источник электроэнергии 8.8, радиомодуль 10.12, блок спутниковой системы навигации 15.2, органы управления 16; устройство отображения информации 17.
Связь между надводным модулем 6 и связным модулем 3 осуществляется посредством блоков 12.1 и 12.2, которые соединены проводом связи 18.
Модули 2.1 и 2.2 могут быть выполнены в виде следующих конструкций:
- электродвигатели прикреплены с обеих сторон;
- электродвигатели закреплены взаимно - перпендикулярно строительной оси подводного аппарата и пр.
Надежная герметизация модулей 1-5 достигается за счет того, что корпуса модулей выполнены с минимумом ослабляющих герметизацию отверстий для сетевых и силовых разъемов. Изготовленные из радиопрозрачных материалов корпуса модулей 1-5 позволяют радиомодулям 10.1-10.10 поддерживать связь между собой и таким образом осуществлять радиообмен между модулями аппарата.
Заполнение внутреннего пространства модулей 1-5 радиопрозрачным материалом позволяет получить наибольшую степень их герметизации.
Заявляемый модульный АНПА позволяет по различному конфигурировать модули 1-5, получая при этом различные форм-факторы путем наращивания модулей, достигая при этом широкой вариабельности по конструкциям (фиг. 2 - фиг. 6).
Применение радиомодулей для организации связи между аппаратурой модулей подводного аппарата повышает надежность системы связи, позволяет объединять их в сетевую структуру с полносвязной или ячеистой топологией, что позволяет легко производить реконфигурацию оборудования и систем АНПА.
В качестве источников электроэнергии 8.1-8.6 используются аккумуляторы, при этом для обеспечения герметичности корпусов модулей 1-5 возможна бесконтактная их зарядка от устройств, работающих по принципу электродинамической индукции.
Управление подводным аппаратом осуществляется с пульта управления 7 посредством органов управления 16, а команды управления транслируются по радиоканалу (модули 10.12 и 10.11). Команды управления поступают на надводный модуль (надводную часть аппарата) 6 и посредством электромеханической аппаратуры 11.4 осуществляется выход надводного модуля 6 в заданную точку. Взаимное положение надводного модуля 6 и пульта управления 7 осуществляется путем съема координат по данным блоков спутниковой системы навигации 15.1 и 15.2.
Команды управления подводным модулем осуществляются с пульта управления 7 посредством органов управления 16 и транслируются по радиоканалу (модули 10.12 и 10.11) и блоками проводной связи 12.1 и 12.2, соединенными кабелем связи 18. Далее команды управления поступают в беспроводную сеть, построенную на радиомодулях 10.1-10.10, благодаря чему осуществляется управление электромеханической аппаратурой 11.1-11.3 движительных модулей 2.1 и 2.2, аппаратурой измерительного модуля 4, блоками полезной нагрузки носового модуля 9 и блоком полезной нагрузки измерительного модуля 13.
Данные измерений блоков полезной нагрузки носового модуля 9 и блока полезной нагрузки измерительного модуля 13 отображаются на устройстве отображения информации 17.