АВТОНОМНЫЙ НЕОБИТАЕМЫЙ ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ ТИПА "КОНВЕРТОПЛАН" С ДИНАМИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЕМОЙ ПЛАВУЧЕСТЬЮ

Техническое решение относится к области транспорта, а именно, к области подводных телеуправляемых аппаратов, и может быть использовано в качестве средства подводной робототехники с увеличенными дальностью и скоростью перемещения под водой за счет использования гидродинамической подъемной силы крыла и изменяемого направления вектора тяги двигателей.
Известен (RU, патент 33550) глубоководный, необитаемый, осмотровый микроаппарат, содержащий подводный блок, содержащий корпус с расположенными в нем электронным блоком управления, по меньшей мере, одним электродвижителем, телевизионной камерой, осветителем, по меньшей мере, одним накопителем кабеля, надводный блок, содержащий пульт оператора, источник питания и экран воспроизведения подводной информации и соединяющий подводный и надводный блоки кабель. В корпус подводного блока дополнительно введен многофункциональный узел, состоящий из, по меньшей мере, двух разнесенных в пространстве и находящихся друг к другу под любым углом посадочных мест, предназначенных для, по меньшей мере, одного излучателя, и/или, по меньшей мере, одного приемника излучения, или/и, по меньшей мере, одного манипулятора захвата, или/и, по меньшей мере, одного пробоотборника, или/и, по меньшей мере, одного датчика давления или/и глубины, или/и, по меньшей мере, одного датчика параметров воды, или/и, по меньшей мере, одного газоанализатора, или/и, по меньшей мере, одного датчика обнаружения подводных объектов. Кроме того, по меньшей мере, одна пара электродвижителей размещена на корпусе подводного блока. Схема электронного блока управления выполнена таким образом, что по команде с пульта оператора она выдает такие сигналы на манипулятор, при которых он захватывает объект или/и пробу и на электродвижители, при которых их гребные винты вращаются в одном направлении или в противоположных направлениях в задаваемой оператором последовательности. По меньшей мере, один электродвижитель выполнен в герметичном исполнении без сальникового уплотнителя. При этом все сигналы с надводного блока на подводный и с подводного блока на надводный передаются по одной жиле кабеля на разных частотах, по меньшей мере, один накопитель кабеля расположен на надводном блоке.
Недостатком известного устройства следует признать большой расход энергии на поддержание плавучести и перемещение аппарата под водой, что ограничивает срок автономного действия аппарата. Кроме того, малые размеры аппарата не позволяют использовать его для многих работ.
Известен (SU, авторское свидетельство 1667335) подводный аппарат, содержащий несущую конструкцию водонепроницаемые прочные корпуса, блоки плавучести и обтекатели
Недостатками этого устройства следует признать достаточно высокое лобовое сопротивление, что значительно снижает его автономность.
Известен также (см. "Подводная техника морских нефтепромыслов". - Л., Судостроение, 1980, с.116-118) телеуправляемый осмотровый подводный аппарат, содержащий корпус, в полости которого размещены двигатели, телекамера, осветители и электронный блок приема сигналов управления и передачи телевизионной и измерительной информации Питание и сигналы управления поступают по кабелю, при этом его катушка размещена на подвижной раме-носителе, погружаемой на грунт дна.
Недостатками известного аппарата следует признать ограниченную маневренность ввиду подавляющего влияния кабеля, значительные массу и габариты, а также недостаточный радиус действия. При этом снижение сечения кабеля за счет уменьшения мощности двигателей практически не приносит увеличения маневренности и дальности, поскольку двигатели все равно должны обеспечивать преодоление натяжения кабеля и сноса, обусловленного его гидродинамическим сопротивлением.
Известен также (RU, патент 2127207) телеуправляемый осмотровый аппарат, содержащий корпус, в полости которого расположены двигатели, телекамера, осветители и электронный блок приема сигналов управления и передачи телевизионной и измерительной информации. Аппарат также снабжен паковкой соединительного кабеля, которая размещена в полости корпуса, при этом корпус выполнен с осевым кормовым отверстием, в котором соосно с корпусом расположена направляющая для указанного кабеля. Подводный аппарат может быть снабжен автономным источником питания, а соединительный сигнальный кабель выполнен оптоволоконным.
Указанное техническое решение может быть использовано в качестве ближайшего аналога.
Техническая задача, решаемая посредством разработанной конструкции, состоит в реализации возможности проведения подводных (транспортных, исследовательских, мониторинговых и др.) работ по продолжительности значительно превышающих возможности существующих автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), при обеспечении максимума грузоподъемности при сравнительно небольшом энергопотреблении, что дает возможность применения разнообразного по назначению бортового оборудования.
Техническим результатом является создание автономного, с возможностью телеуправления, подводного комплекса для транспортировки и применения сложного, объемного, энергозатратного бортового оборудования и грузов для проведения изыскательских, обзорных, мониторинговых, буровых и транспортных работ.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать конвертоплан разработанной конструкции. Разработанное устройство представляет собой подводный аппарат тяжелее воды, осуществляющий горизонтальное движение в воде за счет гидродинамической подъемной силы крыла и горизонтальной тяги, по меньшей мере, одного двигателя, а подъем и погружение за счет отклонения вектора тяги, по меньшей мере, одного двигателя или движителя в вертикальной плоскости.
Особенностью разработанной конструкции следует признать значительное снижение ее объема с одновременным снижением лобового сопротивления, наличия гидродинамической поверхности (крыла), либо исполнения конструкции с гидродинамическими характеристиками, обеспечивающими появление гидродинамической подъемной силы при горизонтальном движении, а также выполнении, по меньшей мере, одного двигателя или движителя с возможностью поворота в вертикальной плоскости отдельно, или вместе с крылом, для обеспечения отклонения вектора тяги в вертикальной плоскости и создания вертикальной тяги, компенсирующей вес конструкции в воде и обеспечивающей вертикальное перемещение до безопасной высоты, с дальнейшим уменьшением отклонения в вертикальной плоскости в сторону отклонения в горизонтальной плоскости с переходом в горизонтальный полет за счет гидродинамической подъемной силы и маневрирования за счет отклонения гидродинамических рулей, а также переход из горизонтального полета в режим вертикального перемещения и маневрирования до необходимой высоты.
Указанное решение позволяет реализовать экономичный и быстрый способ перемещения в воде, в том числе для выполнения работ на грунте в заданном месте, для чего применяется режим вертикального маневрирования с помощью отклонения вектора тяги и безопасной посадки на грунт с последующим вертикальным взлетом.