Планирующий подводный аппарат
GLIDING UNDERWATER VEHICLE

Изобретение относится к судостроению, конкретно к автономным необитаемым подводным самоходным аппаратам (планерам-глайдерам) и может быть использовано для исследования водных акваторий.
Известен подводный аппарат «Дениз» типа «ныряющее блюдце» (см. Войтов Д.В. Подводные обитаемые аппараты / Д.В. Войтов - М.: Издательство Астрель, 2002. - стр. 84-89). Корпус подводного аппарата имеет форму сплющенной сферы. Движение аппарата обеспечивается за счет того, что кормовой насос перекачивает воду через пластиковые трубы, огибающие прочный стальной корпус. Эти гибкие трубы оканчиваются соплами, способными поворачиваться в вертикальной плоскости и выбрасывать воду под любым углом. Меняя угол поворота сопел и ток воды в них можно осуществлять различные маневры подводного аппарата.
Недостатки данного подводного аппарата связаны со значительным расходом энергии, затрачиваемой на создание струйного течения в соплах и, соответственно, на движение и маневрирование подводного аппарата, а также с трудностями в реализации механизма поворота сопел на значительных глубинах из-за высокого забортного давления, что снижает его надежность и живучесть, ухудшает маневренные характеристики и может быть причиной навигационных аварий.
Известен подводный аппарат, содержащий полый корпус в форме двояковыпуклой линзы с гребными винтами, рулем и сквозным каналом (пат. RU №2356780, опубл. 27.05.2009, МПК: B63G 8/00). В сквозном канале расположен движитель в виде винта Архимеда с возможностью реверсивного вращения и обеспечения движения подводного аппарата по вертикали. Гребные винты установлены напротив друг друга по периметру корпуса неподвижно на кронштейнах с возможностью изменения частоты их вращения, что обеспечивает маневрирование подводного аппарата.
Недостатки данного подводного аппарата связаны со значительным расходом энергии, затрачиваемой на вращение гребных винтов и винта Архимеда в сквозном канале, а также с трудностями в реализации вращения винта Архимеда на значительных глубинах из-за высокого забортного давления, что снижает его надежность и живучесть, ухудшает маневренные характеристики и может быть причиной навигационных аварий.
Известно устройство изменения плавучести подводного аппарата с гидравлическим усилителем и внутренним расположением ресивера переменного объема (см. Дологлонян А.В., Сухов А.К., Стаценко И.Н. Устройство изменения плавучести подводных аппаратов для глубоководных измерений / Научно-технический журнал «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии» №4-2 (330), 2018. - стр. 209). Предложенное устройство снижает нагрузку на гидронасос рабочей жидкости и обеспечивает изменение плавучести подводного аппарата на глубинах более 4000 м.
Недостатки данного устройства изменения плавучести связаны с большим количеством управляемых клапанов, а также с тем, что в прочном корпусе расположен лишь один гидравлический цилиндр, это снижает надежность и живучесть подводного аппарата.
Известен подводный поисковый аппарат, принимаемый за прототип (описание полезной модели к патенту RU 192170 U1, опубл. 05.09.2019, МПК: B63G 8/00). Подводный поисковый аппарат включает корпус, выполненный в виде эллипсоида вращения, движители горизонтального хода, видеокамеру и кабель-трос, соединяющий аппарат с судном-носителем. При этом вертикальная ось корпуса аппарата лежит в плоскости мидель-шпангоута и аппарат дополнительно содержит устройство изменения положения центра тяжести, расположенное внутри корпуса, в свою очередь, движители горизонтального хода закреплены на корпусе в плоскости мидель-шпангоута.
Недостатки данного подводного аппарата связаны с тем, что устройство изменения положения центра тяжести, расположенное внутри корпуса, не позволяет изменять плавучесть аппарата, что ограничивает возможности маневрирования подводного аппарата по глубине и может являться причиной навигационных аварий. Кроме того, глубина погружения подводного аппарата имеет ограничение 150 м, что снижает его надежность и живучесть.
Задачей изобретения является повышение безопасности управления планирующим подводным аппаратом за счет улучшения маневренности планирующего подводного аппарата по глубине, уменьшение вероятности навигационных аварий и, тем самым, повышение его надежности и живучести.
Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности управления планирующим подводным аппаратом при выполнении им сложного маневрирования за счет значительного увеличения глубины погружения, тем самым, уменьшается вероятность навигационных аварий. Кроме того, снижается нагрузка на гидронасосы рабочей жидкости, что обеспечивает изменение плавучести планирующего подводного аппарата на глубинах более 4000 м и повышает его надежность и живучесть.
Сущность изобретения заключается в том, что планирующий подводный аппарат содержит корпус, выполненный в виде эллипсоида вращения. При этом корпус, выполненный в виде эллипсоида вращения с образованием проницаемой части, снабжен прочным корпусом и размещенной в нем системой управления плавучестью, состоящей из гидравлических цилиндров, управляемых клапанов, пружин, поршней со штоками, гидронасосов рабочей жидкости. Причем система управления плавучестью разделена на независимо работающие исполнительные тракты, расположенные симметрично относительно вертикальной оси планирующего подводного аппарата. Штоки поршней имеют в проницаемой части разную длину и, соответственно, разный объем для осуществления смещения точки приложения равнодействующей силы избыточной плавучести относительно вертикальной оси планирующего подводного аппарата, с возможностью накренения и, соответственно, маневрирования планирующего подводного аппарата по глубине и курсу. Повышаются маневренные характеристики планирующего подводного аппарата при изменении глубины и курса, снижется нагрузка на гидронасосы рабочей жидкости, что обеспечивает изменение плавучести планирующего подводного аппарата на глубинах более 4000 м и повышается его надежность и живучесть.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показана схема, отражающая расположение гидравлических цилиндров на виде сбоку;
на фиг. 2 - схема, отражающая расположение гидравлических цилиндров на виде сверху;
на фиг. 3 - схема, отражающая устройство системы управления плавучестью (сечение в продольной плоскости);
на фиг. 4 - схема, отражающая устройство системы управления плавучестью (сечение в поперечной плоскости).
Планирующий подводный аппарат состоит их прочного корпуса 1, заключенного в корпус 2 в форме эллипсоида вращения с образованием проницаемой части и системы управления плавучестью 3-34, которая разделена, например, на четыре независимо работающих исполнительных тракта 3, 7, 11, 15, 19, 23, 27, 31; 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32; 5, 9, 13, 17, 21, 25, 29, 33 и 6, 10, 14, 18, 22, 26, 30, 34 расположенных симметрично относительно вертикальной оси планирующего подводного аппарата. Исполнительные тракты системы управления плавучестью состоят из гидравлических цилиндров 3-6, гидронасосов рабочей жидкости (обычно минеральное масло) 7-10, управляемых клапанов 11-14, поршней 15-18 со штоками 19-22, пружин 23-26, размещенных в гидравлических цилиндрах 3-6 при этом штоки поршней 19-22 входят в проницаемую часть планирующего подводного аппарата. Гидравлические цилиндры 3-6 имеют надпоршневые полости 27-30 и подпоршневые полости 31-34.
Штоки поршней 19-22 имеют в проницаемой части разную длину и, соответственно, разный объем для осуществления смещения точки приложения равнодействующей силы избыточной плавучести относительно вертикальной оси планирующего подводного аппарата, с возможностью накренения и, соответственно, маневрирования планирующего подводного аппарата по глубине и курсу.
Планирующий подводный аппарат работает следующим образом. В режиме всплытия управляемые клапаны 11-14 переключают сторону нагнетания гидронасосов рабочей жидкости 7-10 на надпоршневые полости 27-30 гидравлических цилиндров 3-6, а всасывающая сторона гидронасосов рабочей жидкости 7-10 замыкается на подпоршневые полости 31-34. Приведение в действие гидронасосов рабочей жидкости 7-10 производит перемещение рабочей жидкости из подпоршневых полостей 31-34 в надпоршневые полости 27-30, что приводит к перемещению поршней 15-18, сжатию пружин 23-26 и выдвижению части штоков 19-22 за пределы гидравлических цилиндров 3-6 в проницаемую часть, а это, в свою очередь, приводит к увеличению плавучести планирующего подводного аппарата. В режиме погружения управляемые клапаны 11-14 соединяют подпоршневые полости 31-34 гидравлических цилиндров 3-6 непосредственно с надпоршневыми полостями 27-30. При этом, сжатые в режиме всплытия пружины 23-26 производят перемещение рабочей жидкости из надпоршневых полостей 27-30 в подпоршневые полости 31-34, что приводит к перемещению поршней 15-18 вверх и, соответственно, части штоков 19-22 из проницаемой части в пределы гидравлических цилиндров 3-6 а это, в свою очередь, приводит к уменьшению плавучести планирующего подводного аппарата. Независимая работа трактов системы управления плавучестью, приводит к разной длине и, соответственно, разному объему штоков 19-22 в проницаемой части. Это, в свою очередь, смещает точку приложения равнодействующей силы избыточной плавучести относительно вертикальной оси планирующего подводного аппарата, что приводит к накренению и, соответственно, маневрированию планирующего подводного аппарата по глубине и курсу.
Таким образом, повышаются маневренные характеристики планирующего подводного аппарата, тем самым увеличивается точность и повышается безопасность управления планирующим подводным аппаратом при выполнении им сложного маневрирования и уменьшается вероятность навигационных аварий. Кроме того, снижается нагрузка на гидронасосы рабочей жидкости, что обеспечивает изменение плавучести планирующего подводного аппарата на глубинах более 4000 м и повышает его надежность и живучесть.