ПОДВОДНЫЙ ПОИСКОВЫЙ АППАРАТ

Предлагаемая полезная модель относится к подводному судостроению, а именно к неавтономным (привязным) необитаемым подводным аппаратам (ПНПА), предназначенным для наблюдений и исследований морского дна на небольших глубинах.
Указанную группу аппаратов составляют погружаемые под воду и управляемые с поверхности судна технические средства, оснащенные оборудованием, соответствующим характеру выполняемых задач (см. Аппараты необитаемые подводные. Классификация. ГОСТ Р 56960-2016, Москва, Стандартинформ, 2016).
Среди привязных аппаратов, предназначенных для поисковых и исследовательских работ на глубинах до 150 м., наибольшее распространение получили малогабаритные, мобильные НПА, имеющие равностороннюю или вытянутую вдоль горизонтальной оси каркасную конструкцию с обтекаемым фронтальным контуром (пат. RU №130292, 20.07.2013, пат. CN 201510376873 А1, 01.07.2015, пат. US №2010212574 А1, 18.10.2010 и др.) Аппараты оснащены осветительным оборудованием, видеокамерами, операционной системой и модулем плавучести и связаны с судном-носителем кабель-тросом, через который на НПА поступают сигналы управления и электропитание, а обратно передаются показания датчиков и видеосигналы. Движительно-рулевой комплекс аппаратов, как правило, состоит из горизонтальной и вертикальной групп движителей. Благодаря расположению горизонтальных движителей обеспечивается управление аппарата по курсу, а также маршевое и лаговое перемещение. Оси вращения движителей вертикальной группы расположены параллельно вертикальной оси подводного аппарата симметрично относительно продольной и поперечной плоскостей, что позволяет управлять вертикальным движением подводного аппарата, а также его угловым движением по крену и дифференту.
К недостаткам приведенных выше аналогов относятся низкие ходовые и маневренные качества, особенно низкая устойчивость на курсе, что характерно для тел с плохообтекаемой формой. Кроме того, расположение телеаппаратуры только спереди корпуса ограничивает информационные возможности НПА, не позволяя осуществлять круговой осмотр и одновременное наблюдение за внешней обстановкой с разных сторон от аппарата.
Известен английский аппарат (см. заявку Великобритании N 2177352, кл. В63G 8/00, 1987), имеющий обтекаемый легкий корпус сплющенной формы, охватывающий систему прочных корпусов сферической и/или цилиндрической формы, в носовой оконечности которых размещена с возможностью поворота в диаметральной плоскости телекамера, а на корпусе жестко закреплен источник света. Два маршевых движителя смонтированы в трубах и размещены в кормовой части прочных корпусов. Система маневровых движителей состоит из двух вертикальных движителей и одного лагового, смонтированных в каналах, проходящих через корпуса аппарата. Кабель-трос механически закреплен в верхней части НПА между легкими и прочными корпусами.
По сравнению с предыдущими аналогами аппарат обладает лучшими ходовыми, прочностными и информационными свойствами. При этом НПА характеризуется такими серьезными недостатками, как пониженная скорость на заднем ходу и низкая устойчивость по курсу, что снижает технологические возможности и надежность аппарата.
Из известных устройств наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого решения по технической сущности и назначению является подводный поисковый аппарат по пат.RU №2039678, МПК В63В 21/66, опубл. 20.07.1995.
Корпус аппарата-прототипа выполнен в виде эллипсоида вращения, большая ось которого совпадает с направлением осей маршевых движителей. Аппарат оснащен осветительным оборудованием и видеокамерой и связан с судном-носителем кабель-тросом, через который на НПА поступают сигналы управления и электропитание, а обратно передаются видеосигналы. Установленные на корпусе движители обеспечивают перемещение аппарата в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
К недостаткам конструкции следует отнести наличие двух пар движителей, требующих значительного энергопотребления и сложного управления. Это, в свою очередь, приведет к необходимости применения кабель-троса большого диаметра и жесткости, что в конечном итоге вызовет дополнительное увеличение гидродинамического сопротивления аппарата и снижение его ходовых качеств.
Предлагаемое устройство позволяет решить проблему снижения электропотребления аппарата, осуществляющего наблюдение и исследования морского дна на небольших глубинах.
Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в подводном поисковом аппарате, содержащем, так же как и прототип, корпус, выполненный в виде эллипсоида вращения, движители горизонтального хода, видеокамеру и кабель-трос, соединяющий аппарат с судном-носителем, в отличие от прототипа вертикальная ось корпуса лежит в плоскости мидель-шпангоута, при этом аппарат дополнительно содержит устройство изменения положения центра тяжести, расположенное внутри корпуса, в свою очередь, движители горизонтального хода закреплены на корпусе в плоскости мидель-шпангоута. При этом движители горизонтального хода выполнены в виде гребных винтов в направляющих насадках.
Сущность полезной модели заключается в том, что управление движением аппарата, выполненным в виде тела вращения, осуществляется за счет двух движителей горизонтального хода и устройства изменения положения центра тяжести, позволяющим аппарату перемещаться внутри толщи воды, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении и при этом позиционироваться на течении. По сравнению с прототипом в предлагаемом аппарате задействованы только два движителя, что позволяет снизить величину потребляемой аппаратом энергии, а также снизить металлоемкость аппарата за счет уменьшения диаметра кабель-троса.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача - снижение энергопотребления подводного поискового аппарата, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическими материалами, где (фиг. 1) изображены вид подводного аппарата сбоку и сверху.
Подводный поисковый аппарат содержит корпус 1, выполненный в виде эллипсоида вращения. На корпусе закреплены гребные винты в насадках 2 с приводами 3, управляемыми с судна-носителя. Внутри корпуса 1 размещено устройство изменения положения центра тяжести, выполненное в виде штанг 4 с червячной передачей для перемещения грузов, перемещаемых грузов 5 и приводов 6 перемещения грузов, управляемых с судна-носителя.
Устройство изменения положения центра тяжести, расположенное внутри корпуса аппарата в плоскости движителей, позволяет изменять угол крена и дифферента. В свою очередь форма корпуса исключает влияние угла дрейфа на гидродинамические силы, а гидродинамический момент на корпусе относительно центра аппарата всегда равен нулю. Предлагаемое расположение движителей обеспечивает прямолинейное движение аппарата, как в горизонтальной плоскости, так и при погружении с углом атаки. В отсутствии течения остановку аппарата можно осуществить путем реверса гребных винтов.
Размеры корпуса выбираются в зависимости от размеров и компоновки аппаратуры, устанавливаемой на борту аппарата, при этом кинематические параметры его движения остаются неизменными. Погружение и всплытие аппарата, а также движение по круговой траектории обеспечивается за счет хода аппарата и изменения углов крена и дифферента. Последнее осуществляется устройством изменения положения центра тяжести аппарата. Позиционирование аппарата на течении осуществляют с помощью движителей горизонтального хода, предварительно развернув аппарат навстречу потоку.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Два движителя 2, расположенных в плоскости мидель-шпангоута корпуса 1, обеспечивают устойчивое прямолинейное движение, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Изменение направления движения в горизонтальной плоскости выполняется за счет изменения частоты вращения движителей 2. При наличии течения на корпус 1 аппарата воздействует боковая составляющая скорости, приводящая к дрейфу аппарата в направлении течения. Парировать эту составляющую можно движителями 2, предварительно установив аппарат против течения. Движение аппарата в вертикальной плоскости выполняется с помощью системы изменения положения центра тяжести аппарата, приводящее к изменению дифферента. Спуск аппарата выполняется по глиссаде.
Подводный поисковый аппарат разработан специалистами лаборатории мореходных качеств судов ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О.Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования аппарата для наблюдений и исследований морского дна на глубинах до 150 м.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».