Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат

Полезная модель относится к области подводной техники, в частности к телеуправляемым необитаемым подводным аппаратам (ТНПА) морского или речного назначения, и может быть применена для различного рода подводных исследований, выполнения несложных манипуляций под водой, например, фото-видеосъемки подводных объектов, а также в подводной робототехнике.
Известен Модульный автономный необитаемый подводный аппарат "Океаника" (патент RU 193287 U1, МПК  B63G8/00, B63H25/00, B63C11/48; 22.10.2019 Бюл. № 30), содержащий 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 управления, расположенным 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. Недостатком данной полезной модели является высокое гидродинамическое сопротивление, т.к. корпус имеет выступающие элементы.
Известно Роботизированное плавательное средство (RU 173254 U1, МПК B63G 8/00 B63C11/48; 18.08.2017 Бюл. № 23), содержащее телеуправляемый корпус с опорно-винтовыми движителями, соединенными с приводом, выполненный с возможностью изменения плавучести, мотор-редукторы, установленные в корпусе, рулевые устройства, обеспечивающие прижим и фиксацию корпуса в вертикальном положении, каждый из которых закреплен на валу одного из мотор-редукторов, видеокамеру, установленную на корпусе, согласно предложенной модели в качестве опорно-винтовых движителей установлены роторно-винтовые движители с балластной емкостью, расположенные с боковых сторон корпуса, крыша корпуса выполнена в виде платформы с возможностью размещения на ней технологического оборудования для проведения исследовательских и ремонтных работ, рулевые устройства выполнены в виде винтовых движителей, попарно установленных в передней и задней частях корпуса, причем на платформе установлены по меньшей мере две видеокамеры. Недостатком данной полезной модели является высокое гидродинамическое сопротивление.
Известно CN206615369 - FISHING DEVICE IS SEARCHED TO SPECIAL COMPLICACY OF CRIMINAL INVESTIGATION ENVIRONMENT UNDER WATER  Комплекс для поиска и утилизации сложной подводной среды для криминального обнаружения 07.11.2017 B63C 7/00 B63C 11/49 изобретение относится к комплексному подводному поиску и рыболовному устройству, предназначенному для обнаружения и относится к технической области электропогружных транспортных средств дистанционного управления. Обычно выбрасываемые физические данные (мусор) оседают на дне реки, пруда и участок воды, близкий ко дну, содержащий большое количество взвеси, вода мутная и видимость в основном равна нулю. Оптическое устройство формирования изображений подводного робота может не работать нормально. Изобретение относится к подводному поисковому роботу-спасательному роботу с turtle-образной оболочкой, которая содержит корпус и прозрачное окно наблюдения, фокусирующая крышка, светодиодная ламповая полоса. Камера может работать и передавать изображение объекта со дна водоема через смотровое окно. Реализуется функция поиска подводных мусора, а затем дистанционно-спасательная машина, установленная в хвостовой части робота, может реализовать функцию утилизации подводного мусора. Корпус имеет более обтекаемую форму, но движители расположены открыто, что увеличивает гидродинамическое сопротивление.
Наиболее близким аналогом является комплекс телеуправляемого подводного аппарата "НЕРЕЙ-350" (RU 108747 U1 B63C 11/49 G01V 8/00, 27.09.2011 Бюл. № 27), содержащий установленную на обеспечивающем судне бортовую часть (БЧ), соединенную кабель-тросом с забортной подводной частью (ПЧ) и включающую пульт управления и отображения информации, блок приемных антенн системы подводной навигации с опускной штангой и спускоподъемное устройство в виде кабельной вьюшки с токосъемником, а ПЧ оснащена телекамерой, источниками освещения и маяком-ответчиком системы подводной навигации, отличающийся тем, что пульт управления и отображения информации выполнен в виде модуля, конструктивно размещенного в пластиковом кожухе-кейсе, который имеет контактор общего включения питания и разъемы подключения кабелей связи с кабельной вьюшкой, с блоком приемных антенн системы подводной навигации и с джойстиком управления ПЧ, забортная подводная часть ПЧ комплекса выполнена в виде модуля ТПА, который включает несущую раму с блоком плавучести, а также закрепленные на несущей раме бокс силовой электроники, бокс датчиков, оптический бокс, два кормовых маршевых винтовых движителя, два поперечных винтовых движителя, головку гидролокатора кругового обзора, маяк-ответчик системы подводной навигации и одностепенной манипулятор-схват, причем оптический бокс выполнен в виде единого корпуса для телекамеры и источников освещения и снабжен поворотным устройством для установки угла обзора телекамеры, а два поперечных винтовых движителя установлены по V-образной схеме с возможностью одновременного выполнения функций вертикальных и лаговых движителей, при этом входящие в модуль ТПА боксы и устройства соединены герметичными кабелями, снабженными герморазъемами для обеспечения электрических связей между ними. Комплекс имеет блок плавучести, который размещен на несущей раме, что утяжеляет ТНПА и, соответственно, ухудшает его гидродинамические характеристики, в частности увеличивает гидродинамическое сопротивление.
Выявленной технической проблемой является высокое гидродинамическое сопротивление телеуправляемого необитаемого подводного аппарата.
Техническим результатом является снижение гидродинамического сопротивления воды телеуправляемого необитаемого подводного аппарата при работе под водой.
Технический результат обеспечивает телеуправляемый необитаемый подводный аппарат, содержащий цилиндрический герметичный полый корпус с установленными горизонтальными и вертикальными движителя и модуль плавучести, соединенные между собой винтовым соединением, отличающейся тем, что модуль плавучести содержит соединенные между собой кожух, боковые панели и боковые стенки, образующие эллипсовидную форму, а расположенные в модуле плавучести поплавки соответствуют его внутренней форме, при этом в кожухе и боковых стенках выполнены дренажные отверстия.
Кожух, боковые панели и боковые стенки модуля плавучести могут быть соединены между собой винтовым соединением.
Кожух, боковые панели и боковые стенки модуля плавучести могут быть соединены между собой клеевым соединением.
Поплавки, расположенные в модуле плавучести выполнены из жесткого пенополиуретана с закрытыми порами.
Техническую сущность предложенного устройства поясняют фигуры:
на фиг. 1 представлен общий вид ТНПА;
на фиг. 2 представлен модуль плавучести, общий вид;
на фиг. 3 представлен модуль плавучести, составные части;
на фиг. 4 представлен модуль плавучести, вид снизу.
Осуществление полезной модели.
Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (фиг. 1) содержит цилиндрический герметичный полый корпус 1, на котором установлены четыре горизонтальных 2 движителя, два вертикальных 3 движителя и модуль плавучести 4. Под корпусом 1 установлены цилиндрический корпус 5 аккумуляторных батарей и опоры 6, закрепленные винтовым соединением. На цилиндрическом герметичном полом корпусе 1 также посредством винтовых соединений закреплены гидроакустический модем 7, модуль локатора 8 и четыре светодиодных глубоководных фонаря 9, количество которых может быть уменьшено или увеличено при необходимости. В цилиндрическом герметичном полом корпусе 1 размещены (на фигурах не показаны) видеокамера и электронный блок, включающий, модуль управления ТНПА, модуль управления видеокамеры, модуль контроллера движителей 2 и 3, модуль преобразователя сигнала сонара, модуль преобразователя сигнала датчика давления, модуль преобразователя сигнала датчика протечек, и может содержать другие функциональные модули в зависимости от комплектации под определенные задачи.
Цилиндрический герметичный корпус 1 выполнен из алюминия и рассчитан на погружение на глубину до 300 м, имеет высокую прочность при небольшой массе, защищен от коррозии анодированием и устойчив к механическим повреждениям.
Горизонтальные 2 движители и вертикальные 3 движители могут быть закреплены на цилиндрическом герметичном полом корпусе 1 посредством винтового или болтового соединения или любым другим способом известным на данный момент из уровня техники. Горизонтальные 2 движители расположены под углом к осевой линии корпуса 1, при этом осевые линии движителей 2 образуют ромб, что обеспечивает высокую маневренность ТНПА в горизонтальной плоскости. Движители 2, 3 представляют собой импеллеры Blue Robotics или другие аналогичные движители. Каждый движитель 2, 3 имеет тягу до 5 кгс, что достаточно для получения хорошей маневренности ТНПА. Общая тяга движителей 2 в направлении продольной оси ТНПА составляет 14 кгс как в направлении движения ТНПА, так и при реверсе тяги. Суммарная тяга вертикальных движителей 3, направленная вниз и при реверсе тяги составляет 10 кгс.
Модуль плавучести 4 (фиг. 2, фиг. 3) содержит кожух 10, две боковых панели 11 и боковые стенки 12а и 12б, скрепленные между собой посредством крепежных элементов, например, винтов и гаек (на фиг. не показаны) или клеевого соединения и образующие при этом обтекаемую эллипсовидную форму, обеспечивающую лучшую обтекаемость потоком воды, вытекающей из движителей 2, 3, что снижает гидродинамическое сопротивление ТНПА. На поверхностях кожуха 10, боковых панелях 11, боковых стенках 12а и 12б выполнены дренажные отверстия 14 и отверстия 13 для крепежа (винтов), в случае винтового соединения. Кожух 10, боковые панели 11, боковые стенки 12а и 12б модуля плавучести 4 выполнены из пластика посредством вакуумного литья в силиконовые формы или на станке, работающем по аддитивной технологии, а также может быть изготовлен формованием карбона (углепластика), который отличается высокой прочностью и хорошей коррозионной стойкостью, легкостью и долговечностью.
Внутри модуля плавучести 4 расположены поплавки 15а, 15б, 15в, 15г, 15д, 15е (фиг. 3), которые выполнены из жесткого пенополиуретана с закрытыми порами и повторяют внутренние поверхности боковых стенок 12а и 12б и кожуха 10. Объем модуля плавучести 4 и поплавков 15а-15е рассчитан на получение положительной плавучести ТНПА применительно к воде (морской или речной), в которой предстоит его эксплуатация, кроме того поплавки 15а-15е рассчитаны на частые погружения.
Отверстия 16 на кожухе 10 и на боковых панелях 12 предназначены для установки вертикальных движителей 3. Это позволяет разделить потоки воды на входе и выходе из движителей 3, которые имеют различные полные давления из-за чего вода может перетекать вне движителей 3.
Боковые стенки 12а и 12б своей внутренней поверхностью 18 обращены к корпусу 1 и повторяют его форму и размер. Таким образом боковые стенки 12а и 12б и корпус 1 образуют внешнюю форму ТНПА, которую обтекает вода при движении или при работе движителей 2. Контур 17 боковых стенок 12а и 12б образует овал. На фиг 4 штрихпунктирные линии дополняют форму боковых стенок 12а и 12б корпуса модуля плавучести 4 до полного овала. Такая форма контура 17 ограждает корпус 1 ТНПА от потока воды, идущего от движителей 2. Таким образом, принятые конструктивные формы боковых стенок 12а и 12б исключает возникновение нестационарных течений, контактирующих ТНПА, и снижает гидродинамическое сопротивление.
Кожух 10 имеет выпуклую овальную форму, что улучшает обтекание ТНПА, не позволяя смешиваться потокам воды, вытекающей из движителей 2, 3 (исключает возвратные течения), что снижает гидродинамическое сопротивление. Спереди и сзади выполнены вырезы 19 для размещения в этих зонах сонара (не показан), гидроакустического модема 7, модуля локатора 8, светодиодных глубоководных фонарей 9, а также герметичной крышки (не обозначена) корпуса 1, которая выполнена прозрачной, например, из органического стекла. Пунктирные линии на фиг. 4 дополняют форму крышки 13 до овала и по ним видна величина вырезов 19. Верхняя поверхность кожуха 10 выполнена в виде цилиндрической поверхности.
В гидроакустическом модеме 7 дополнительно предусмотрена возможность установки проводной связи (на фиг. не показана), которая характеризуется большей пропускной способностью по сравнению с гидроакустическим каналом, что позволит получать текущее изображение с камеры ТНПА. Кабель (на фиг. не показан) проводной связи высокопрочный, армированный, имеет нейтральную плавучесть (невесом в воде), рассчитан на рабочую нагрузку 45 кгс, разрывное усилие 160 кгс. Интерфейс подключения Ethernet двухпроводной, помехоустойчивый, данное решение позволяет сделать длину кабеля более 300 м. Светодиодные глубоководные фонари 9 рассчитаны на погружение до 500 м, общая световой яркостью 1500 люмен, обеспечивают хорошую освещенность на большой глубине. Подводная видеокамера (не показана) установлена на опорно-поворотное устройство (не показано) с одной степенью свободы, позволяет получать обзорное изображение без изменения положения ТНПА. Датчик давления и температуры (не показан), датчик протечек (не показан), обеспечивающий незамедлительное всплытие в случае обнаружения протечки. Корпус 5 батарей, содержит аккумулятор, или батарею, например, Li-Ion батарея 14.8 В, 18 Ач, в нормальном режиме работы обеспечивает работоспособность непрерывно до 2 ч., в неинтенсивном режиме – до 4 ч.
ТНПА взаимосвязан с пультом управления морского робототехнического комплекса по гидроакустическому каналу связи посредством гидроакустического модема 7 или кабеля проводной связи (не показан).
Предложенное техническое решение обладает новизной и позволяет снизить гидродинамическое сопротивление ТНПА при работе под водой, что позволит повысить скорость движения ТНПА и точность маневрирования.