Система изменения плавучести и дифферента АНПА с автоматическим управлением
SYSTEM FOR CHANGING BUOYANCY AND TRIM OF UNMANNED UNDERWATER VEHICLE WITH AUTOMATIC CONTROL

Изобретение относится к области подводного судостроения, в частности к системам управления плавучестью и дифферентом подводных устройств. Система изменения плавучести и дифферента автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) содержит две независимые размещенные в оконечностях уравнительно-дифферентные цистерны для приема забортной воды, высоконапорные насосы, трубопроводы с запорной арматурой, блок автоматики с дистанционным управлением. Уравнительно-дифферентные цистерны выполнены с учетом сжатия находящегося внутри воздуха и возможности размещения внутри цистерны в незаполняемом объеме остальных элементов системы.
Известна дифферентная система подводного технического средства, включающая дифферентные цистерны, расположенные в оконечностях подводного технического средства для создания дифферентующих моментов, заполняемые забортной водой (Правдин А.А. «Конструкция подводных лодок», М., Оборонгиз, 1947 г., стр. 189), либо связанные между собой дифферентным трубопроводом с насосом (К.Н. Чайников «Общее устройство судов», Л., Судостроение, 1971 г., параграф 42 Корабельные системы подводных лодок).
Известна дифферентная система подводного аппарата, которая для уменьшения габаритов системы состоит из груза (балласта) с возможностью его перемещения вдоль корпуса подводного аппарата (патенты RU 2172699 и RU 2282556).
3
Для снижения размеров дифферентной системы известно техническое решение, состоящее из двух размещенных в оконечностях подводного технического средства дифферентных цистерн, разделенных гибкой диафрагмой на ртутную и масляную полости, попарно соединенные ртутным и масляным трубопроводами с арматурой, и насоса, установленного на масляном трубопроводе. Использование ртути, обладающей высоким удельным весом (13500 кг/м), позволяет минимизировать размеры дифферентной системы (М.Н. Диомидов, А.Н. Дмитриев. «Подводные аппараты», Л., Судостроение, 1966 г., стр. 310-312, рис. 129).
Известна дифферентная система подводного технического средства (патент №2585392 RU), включающая дифферентные цистерны, расположенные в оконечностях подводного технического средства для создания дифферентующих моментов, заполняемые ртутью и маслом, причем цистерны с ртутью расположены внутри цистерн с маслом для безопасности эксплуатации системы.
В качестве прототипа принята система вывески и дифферентовки подводного грузового контейнера (патент RU 2585392), состоящая из двух одинаковых независимых систем вывески, которые установлены в носовой и кормовой оконечностях.
Техническое решение прототипа, применительно к самоходным необитаемым подводным аппаратам имеет ряд недостатков:
• весьма объемные приборные отсеки (из-за наличия автономных аккумуляторных батарей и газовых баллонов) уменьшают объем грузовых отсеков при неизменных внешних габаритах АННА;
• металлическое исполнение дифферентных цистерн в составе корпусных конструкций АНПА и имеющейся компоновки приборного отсека существенно вырастет масса аппарата;
• блок автоматики выполняет задачи только автоматической вывески и дифферентовки на ноль. Работа системы изменения плавучести и дифферента в составе АНПА дополнительно подразумевает создание положительного или отрицательного дифферента и положительной или отрицательной плавучести путем дистанционного управления извне.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является устранение указанных выше недостатков, а именно уменьшение объема и массы уравнительно-дифферентной системы, а также ее адаптации к работе в составе АНПА.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в придании системе изменения плавучести и дифферента компактности и расширении ее функционала.
Это достигается тем, что носовая и кормовая уравнительно-дифферентные цистерны выполнены без вентиляции, следовательно, при их заполнении происходит сжатие воздуха и повышение давления в них. Для уменьшения массы переборок, отделяющих упомянутые цистерны от остального отсека, объем цистерн увеличен сверх необходимого для принятия воды, а свободное (не заполняемое водой) пространство цистерн занимают другие элементы системы. Такое исполнение позволит определить степень заполнения уравнительно-дифферентных цистерн при помощи замера давления, температуры и влажности воздуха внутри них. Изменен принцип регулирования количества воды в цистернах: исключены аккумуляторные батареи, газовые баллоны с электроклапанами, применены высоконапорные электронасосы. Так как для создания отрицательной плавучести предполагается прием воды из-за борта, то вместе с высоконапорным электронасосом устанавливается клапан ограничения расхода, вместе с которым расход через высоконапорный электронасос будет постоянным на всех режимах работы. Высоконапорный электронасос работает от электроэнергетической системы подводного аппарата. Расширен функционал блока автоматики, который может быть выполнен в одном экземпляре, работая на носовую и кормовую уравнительно-дифферентные цистерны при наличии общей электросети.
Функционал блока автоматики: вывеска и дифферентовка АНПА на ноль, создание положительного или отрицательного дифферента и положительной или отрицательной плавучести с возможностью дистанционного управления извне.
Предлагаемая система изменения плавучести и дифферента АНПА иллюстрируется чертежом, представленным на фиг.1.
Система изменения плавучести и дифферента АНПА размещена, как правило, внутри прочного корпуса 1 подводного технического средства (или отдельных прочных капсулах) и включает герметичные уравнительно-дифферентные цистерны 2 (носовую с максимальным уровнем заполнения 8 и кормовую с максимальным уровнем заполнения 7), отделенные от остального отсека АНПА переборками 3, выдерживающими повышенное давление внутри соответствующей цистерны, высоконапорные электронасосы 4, трубопроводы для приема и удаления воды из цистерн (на фиг. 1 не показаны), клапаны ограничения расхода 10, расходомеры 5, блоки определения степени заполнения цистерны путем замера давления, температуры и влажности 6, блок автоматики 9.
Система изменения плавучести и дифферента АНПА работает следующим образом.
АНПА погружается в воду с носителя или берега с помощью грузового крана или других грузоподъемных устройств. В данном случае АНПА при сухих уравнительно-дифферентных цистернах имеет положительную плавучесть и располагается в воде с определенной осадкой.
Для вывески АНПА на нулевую плавучесть в носовую и кормовую уравнительно-дифферентные цистерны 2 принимается вода посредством управления блоком автоматики 9 включением синхронного открытия/закрытия клапанов ограничения расхода 10. Количество воды, которое поступает в цистерны или откачивается из них, определяется с помощью расходомера 5. Количество воды в уравнительно-дифферентных цистернах контролируется измерением давления, температуры и влажности в них. Если количество воды в уравнительно-дифферентных цистернах превышено, блок автоматики 9 управляет включением высоконапорных электронасосов 4 на откачку воды до требуемой величины.
Для дифферентовки АНПА на корму блок автоматики 9 управляет включением асинхронной работы высоконапорных электронасосов 4, то есть носовой высоконапорный электронасос включается на откачку воды из носовой уравнительно-дифферентной цистерны, а кормовой высоконапорный электронасос - на прием воды в кормовую уравнительно-дифферентную цистерну и наоборот для дифферентовки АНПА на нос.
Операции изменения плавучести АНПА и его дифферента, а также внештатные операции выполняются под управлением блока автоматики 9 с помощью клапанов ограничения расхода 10, высоконапорных электронасосов 4, уравнительно-дифферентных цистерн 2, блоков определения степени заполнения цистерны путем замера давления, температуры и влажности 6 и расходомеров 5 дистанционно.