ПОДВОДНЫЙ ГИДРОЦИКЛ
SUBMARINE HYDROCYCLE

Изобретение относится к водолазной технике, в частности к аппаратам для передвижения и жизнеобеспечения водолазов, предназначенным для подводного туризма или обеспечения подводных работ.
Среди подводных транспортных средств известен, например, буксировщик водолазов (а.с. СССР №1819793, МПК 5 B63C 11/00, 1993 г. [1]), содержащий электродвигатель с источником энергии, движитель, размещенный в кольцевой насадке, и рукоятки управления, закрепленные снаружи корпуса. При этом насадка выполнена в виде герметичного полого корпуса. Известен также буксировщик водолаза (патент РФ №2154591 на изобретение, МПК 7 B63C 11/02, 2000 г. [2]), содержащий корпус с двигательно-движительной установкой, переключатель режимов ее работы и штангу с закрепленным на ее свободном конце устройством для передачи управляющего усилия водолаза. При этом штанга установлена в диаметральной плоскости буксировщика в направлении продольной оси двигательно-движительной установки и жестко соединена с корпусом. Устройство для передачи управляющего усилия водолаза выполнено либо в виде бампера-поручня, вынесенного перед штангой, а переключатель режимов работы двигательно-движительной установки размещен на свободном конце штанги.
Недостатком указанных буксировщиков [1, 2] является отсутствие системы жизнеобеспечения водолаза, что приводит к необходимости дополнительного использования, например акваланга, для жизнеобеспечения водолаза. Другим недостатком указанных буксировщиков является его конструкция, предусматривающая горизонтальное, как правило, спиной вверх, размещение водолаза. Такое положение не является комфортным, так как приводит к постоянной нагрузке групп мышц шеи и, как следствие, повышенной утомляемости водолаза.
Известно подводно-надводное транспортное средство проницаемого типа (патент РФ №2191135 на изобретение, МПК 7 B63C 11/46, 2002 г. [3]), содержащее корпус с днищем и отсеком для экипажа, имеющим по меньшей мере два отверстия для входа и выхода экипажа, силовую установку, содержащую по меньшей мере один двигатель, воздушную систему, балластную систему, систему управления, систему обеспечения плавучести в надводном положении и механизм перемещения двигателей силовой установки по вертикали. Днище имеет форму днища надводного транспортного средства. Система обеспечения плавучести содержит расположенный в днище по меньшей мере один воздушный бак, соединенный с воздушной системой через по меньшей мере одно средство для подачи воздуха и по меньшей мере одно средство для выпуска воздуха и имеющий по меньшей мере одно отверстие для впуска и выпуска забортной воды.
Известно также транспортное средство подводника (патент РФ №2081781 на изобретение, МПК 6 B63C 11/46, F63B 35/12, 1997 г. [4]), содержащее корпус сигарообразной формы с полостью для приема балластной воды, внутри которого размещены аккумулятор, электродвигатель, приводящий в действие гребной винт, причем на наружной части корпуса размещены пульт управления и кран для приема воды в упомянутую полость. Транспортное средство подводника имеет также насос для откачки воды из упомянутой полости, руль горизонтального поворота и седло для подводника.
Недостатком указанных транспортных средств [3, 4] является необходимость использования дыхательной маски, входящей в состав акваланга, для жизнеобеспечения водолаза (подводника). Использование указанной маски для дыхания не является естественным для человека, требует от водолаза определенных навыков, полученных в ходе предварительной подготовки.
Указанный недостаток устранен в подводном аппарате производства ScubaDoo Malaysia Pty Ltd, 1 Rothcote Court Andrews Qld, Australia 4220, http://scuba-doo.com.au [5]. Подводный аппарат [5] содержит открытый корпус с сиденьем для водолаза, воздушный купол для размещения головы и плеч водолаза, снабженный сферическим иллюминатором. Полость воздушного купола соединена воздухопроводом с надводным плотом, содержащим компрессор для подачи воздуха в купол. В корпусе под сиденьем водолаза размещен герметичный источник электропитания, герметичный маршевый электродвигатель с винтом.
Подводный аппарат [5] имеет несколько недостатков:
- выполнение иллюминатора сферической формы приводит к значительным искажениям наблюдаемой через него обстановки;
- конструкция воздушного купола приводит к тому, что при использовании подводного аппарата иллюминатор запотевает;
- конструкция аппарата не позволяет ему неподвижно удерживаться на заданной глубине;
- малейшая разгерметизация двигателя приводит к заполнению его водой, что приводит к его неработоспособности.
Указанный подводный аппарат [5] является по совокупности существенных признаков наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению. Поэтому он принят в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым подводным гидроциклом, является снижение искажений при визуальном наблюдении за окружающей обстановкой из воздушного купола, обеспечение возможности удерживания гидроцикла на заданной глубине, а также повышение надежности и отказоустойчивости герметичных узлов и агрегатов, составляющих конструктивные элементы гидроцикла.
Сущность изобретения состоит в том, что подводный гидроцикл содержит открытый корпус с сиденьем, штурвал, руль, открытый снизу воздушный купол, источник электропитания, герметичный маршевый электродвигатель, герметичный электродвигатель глубины. При этом воздушный купол жестко закреплен к корпусу над сиденьем и содержит по крайней мере одно герметичное окно, закрытое жестким прозрачным материалом. Каждое окно выполнено в форме по крайней мере части по крайней мере одной грани выпуклого многогранника и снабжено средством его обдува с внутренней стороны. Воздушный купол через понижающий редуктор гидравлически связан с баллоном со сжатым воздухом. При этом маршевый электродвигатель и электродвигатель глубины снабжены средством создания внутри них избыточного давления воздуха.
По преимущественному исполнению подводный гидроцикл содержит маршевый движитель и движитель глубины водометного типа. Маршевый движитель вместе с маршевым электродвигателем размещен внутри задней части корпуса. При этом маршевый движитель выполнен в виде гребного винта, установленного на валу маршевого электродвигателя, а водовод маршевого движителя представляет собой всю заднюю часть корпуса, которая имеет фигурные входные отверстия для забора воды и одно отверстие сзади для выхода воды. Движитель глубины вместе с электродвигателем глубины размещен внутри передней нижней части корпуса. При этом движитель глубины выполнен в виде гребного винта, установленного на валу электродвигателя глубины, а водовод движителя глубины представляет собой всю переднюю нижнюю часть корпуса, которая имеет фигурные входные отверстия для забора воды и одно отверстие снизу для выхода воды.
Допустимо, чтобы источник электропитания был выполнен в виде герметичной аккумуляторной батареи или в виде аккумуляторной батареи, размещенной в негерметичной снизу воздушной камере. Во втором исполнении воздушная камера должна быть гидравлически связана с вентилем постоянного расхода воздуха, гидравлически связанным через понижающий редуктор с баллоном со сжатым воздухом. При этом воздушная камера источника питания может быть размещена в средней части корпуса подводного гидроцикла под сиденьем.
Желательно подключать электродвигатели к источнику питания через соответствующие реле включения. При этом управление реле включения допустимо осуществлять кнопками, размещенными на штурвале.
Целесообразно выполнять средство создания внутри электродвигателей избыточного давления воздуха в виде воздухопроводов, через понижающий редуктор и вентиль постоянного расхода воздуха гидравлически соединяющих внутренние пространства электродвигателей с баллоном со сжатым воздухом.
Предпочтительно гидравлически связывать понижающий редуктор с воздушным куполом через вентиль постоянного расхода воздуха.
Желательно выполнять воздухопровод внутри воздушного купола с возможностью подачи воздуха вблизи верхней точки воздушного купола. Допустимо средство обдува окон воздушного купола с внутренней стороны выполнять в виде воздухопровода, проходящего внутри воздушного купола по краю упомянутых окон, в котором выполнены отверстия так, чтобы воздух из них по касательной попадал на окна. При этом каждое окно может быть выполнено в форме по крайней мере одной грани выпуклого многогранника, а отверстия для обдува окон воздушного купола выполнены в воздухопроводе в области углов окон.
Материал, которым закрыты окна воздушного купола, преимущественно выполнен из органического стекла (плексигласа). Желательно выполнять воздушный купол содержащим одно окно, выполненное в форме трех смежных четырехугольных граней выпуклого многогранника со скругленными смежными ребрами. Допустимо выполнять воздушный купол содержащим три круглых или прямоугольных окна.
Балластную камеру целесообразно размещать внутри передней части корпуса над электродвигателем глубины. Возможно выполнять балластную камеру в виде открытой снизу емкости с жесткими стенками.
Предпочтительно закреплять штурвал на корпусе в верхней передней его части с возможностью вращения. Целесообразно выполнять баллон со сжатым воздухом в виде штатного баллона акваланга и закреплять его к передней части гидроцикла снаружи под штурвалом.
Желательно штурвал связывать тросом с рулем так, чтобы обеспечивался поворот руля, соответствующий повороту штурвала. Возможно выполнять руль в виде вертикального судового руля. Допустимо на штурвале закреплять органы управления и индикации подводного гидроцикла, например, глубиномер, или, например, манометр, который через понижающий редуктор гидравлически связан с баллоном со сжатым воздухом.
По преимущественному исполнению подводный гидроцикл дополнительно содержит закрепленный на штурвале пульт управления балластной камерой. Вход указанного пульта гидравлически соединен с понижающим редуктором, первый выход пульта гидравлически соединен с балластной камерой в верхней ее части, а второй выход указанного пульта сообщен с окружающим пространством. При этом пульт снабжен двумя воздушными клапанами, первый из которых выполнен с возможностью гидравлического соединения входа пульта с его первым выходом, а второй - с возможностью гидравлического соединения первого и второго выходов пульта.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.
На фигуре 1 показана схема внешнего вида подводного гидроцикла; на фиг.2 - схема его рулевой системы; на фиг.3 - схема системы электрооборудования; на фиг.4 - схема воздушной системы; на фиг.5 - схема компоновки подводного гидроцикла; на фиг.6 - схема размещения органов управления и индикации на штурвале.
Подводный гидроцикл (фиг.1) содержит открытый корпус (1) со штурвалом (2); сиденьем (3) и подножками (4) для водолаза; открытым снизу воздушным куполом (5) для размещения головы и плеч водолаза, закрепленным в верхней части корпуса (1) над сиденьем (3). Воздушный купол (5) содержит по крайней мере одно герметичное окно (6), предназначенное для наблюдения за окружающим пространством. Каждое окно (6) выполнено в форме по крайней мере части по крайней мере одной грани выпуклого многогранника и закрыто жестким прозрачным материалом.
Подводный гидроцикл снабжен рулевой системой, системой электрооборудования и воздушной системой.
Рулевая система (фиг.2) содержит штурвал (2), трос (7) и руль (8), выполненный в виде вертикального судового руля. Штурвал (2) с возможностью вращения закреплен на корпусе (1), в месте, доступном для рук водолаза и удобном для его обозрения из воздушного купола (5), преимущественно в верхней передней части корпуса. Штурвал (2) тросом (7) связан с рулем (8) так, что отклонение штурвала (2) приводит к соответствующему повороту руля (8). На штурвале (2) закреплены другие органы управления и индикации подводного гидроцикла.
Система электрооборудования (фиг.3) содержит источник электропитания (9), маршевый электродвигатель (10) в герметичном корпусе, электродвигатель глубины (11) в герметичном корпусе, два реле включения (12, 13) - по одному на каждый электродвигатель (10, 11), органы управления электродвигателями, выполненные в виде кнопок (14, 15), и электрические проводники. Источник электропитания (9) выполнен преимущественно в виде аккумуляторной батареи. Схема системы электрооборудования содержит две силовые цепи и две цепи управления. В первой силовой цепи содержатся последовательно соединенные источник электропитания (9), маршевый электродвигатель (10) и его реле включения (12) (силовые клеммы). Во второй силовой цепи содержатся последовательно соединенные источник электропитания (9), электродвигатель глубины (11) и его реле включения (13) (силовые клеммы). В первой цепи управления содержатся последовательно соединенные источник питания (9), кнопка (14) включения маршевого электродвигателя (10) и реле (12) включения маршевого электродвигателя (клеммы управления). Во второй цепи управления содержатся последовательно соединенные источник питания (9), кнопка (15) включения электродвигателя глубины и реле (13) включения электродвигателя глубины (клеммы управления). Срабатывание каждого реле и, следовательно, включение соответствующего электродвигателя обеспечивается нажатием соответствующей кнопки.
Воздушная система (фиг.4) содержит баллон со сжатым воздухом (16), понижающий редуктор (17), манометр (18), балластную камеру (19), пульт управления (20) балластной камерой (19), вентили и воздухопроводы. К баллону со сжатым воздухом (16) по воздухопроводу высокого давления или непосредственно подключен понижающий редуктор (17), который служит для снижения давления воздуха, подаваемого на его выходы.
Понижающий редуктор (17) имеет три выхода. Первый выход понижающего редуктора (17) воздухопроводом соединен с манометром (18).
Второй выход понижающего редуктора (17) воздухопроводом соединен со входом пульта управления (20) балластной камерой, первый выход которого воздухопроводом соединен с балластной камерой (19) в верхней ее части. Второй выход пульта управления (20) балластной камерой сообщен с окружающим пространством. Балластная камера (19) по преимущественному исполнению выполнена в виде открытой снизу емкости с жесткими стенками. Пульт управления (20) балластной камерой снабжен двумя воздушными клапанами (21, 22). При открытии первого клапана (21) вход пульта управления (20) соединяется с его первым выходом. При открытии второго клапана (22) соединяются первый и второй выходы пульта (20).
Третий выход понижающего редуктора (17) воздухопроводом соединен со входом первого вентиля (23) постоянного расхода воздуха. Выход этого первого вентиля (23) четырьмя воздухопроводами соединен соответственно с воздушным куполом (5), внутренним пространством герметичного корпуса маршевого электродвигателя (10), внутренним пространством герметичного корпуса электродвигателя глубины (11) и вторым вентилем (24) постоянного расхода воздуха. Выход второго вентиля (24) воздухопроводом соединен с воздушной камерой (25), в которой размещен источник питания (9). Указанная воздушная камера (25) не герметична снизу. Второй вентиль (24) настроен так, чтобы его расход был меньше расхода первого вентиля (23).
Внутри воздушного купола (5) воздух подается вблизи верхней его точки, а также на внутреннюю поверхность жесткого прозрачного материала, закрывающего окна (6). Воздух подается через отверстия в воздухопроводе. Подача воздуха на прозрачный материал, закрывающий окна (6), позволяет предотвратить их запотевание.
Подача воздуха в корпусы электродвигателей (10, 11) создает избыточное давление внутри электродвигателей. Такое техническое исполнение позволяет при эксплуатации электродвигателей предотвратить попадание в них воды в случае разгерметизации. Кроме того, такое решение позволяет выявлять факт и место разгерметизации корпусов электродвигателей под водой по появлению пузырьков воздуха в месте разгерметизации. Благодаря этому обеспечивается возможность быстрого диагностирования и реагирования на указанную неисправность.
Воздушная камера (25) источника питания (9) размещена в средней части корпуса (1) подводного гидроцикла, преимущественно, под сиденьем (2) водолаза. Маршевый электродвигатель (10) с маршевым движителем, преимущественно водометного типа, размещен внутри задней части корпуса (1). По преимущественному исполнению маршевый движитель выполнен в виде размещенного в задней части корпуса гребного винта (26), установленного на валу маршевого электродвигателя (10). При этом водовод маршевого движителя представляет собой всю заднюю часть корпуса (1), которая имеет фигурные входные отверстия (27, фиг.1) для забора воды и одно отверстие сзади (не обозначено) для выхода воды. В указанном отверстии сзади корпуса (1) размещен руль (8). Маршевый электродвигатель (10) с соответствующим движителем позволяет подводному гидроциклу перемещаться вперед в горизонтальном направлении.
Электродвигатель глубины (11) с движителем глубины, преимущественно водометного типа, размещен внутри передней нижней части корпуса (11). По преимущественному исполнению движитель глубины выполнен в виде гребного винта (28), установленного на валу электродвигателя глубины (11). При этом водовод движителя глубины представляет собой всю переднюю нижнюю часть корпуса (1), которая имеет фигурные входные отверстия (29, фиг.1) для забора воды и одно отверстие снизу для выхода воды. Электродвигатель глубины (11) с соответствующим движителем позволяет подводному гидроциклу «зависать» на определенной глубине или двигаться вверх, в том числе при отрицательной плавучести подводного гидроцикла.
Балластная камера (19) размещена внутри передней части корпуса (1) над электродвигателем глубины (11).
На штурвале (2) закреплены глубиномер (30), манометр (18), органы управления (14, 15) электродвигателями, пульт управления (20) балластной камерой (20) (фиг.6).
Примеры конкретного выполнения
Пример 1
Баллон со сжатым воздухом (16) представляет собой штатный баллон акваланга, закрепленный к передней части корпуса (1) гидроцикла снаружи под штурвалом (2). Понижающий редуктор (17) непосредственно подключен к баллону со сжатым воздухом (16). Воздухопроводы выполнены в виде гибких шлангов.
Пример 2
Для лучшего обозрения окружающего пространства окно (6) воздушного купола (5) выполнено в форме трех смежных четырехугольных граней выпуклого многогранника со скругленными ребрами. Окно (6) закрыто прозрачным материалом, выполненным из органического стекла (плексигласа). При этом стекло представляет собой три выполненные заодно четырехугольные пластины со скругленными краями. Окно (6) размещено в воздушном куполе (5) так, чтобы обеспечить обзор водолазу впереди и по бокам подводного гидроцикла.
Пример 3
Для повышения жесткости воздушного купола (5) он содержит три круглых или прямоугольных окна (6), которые обеспечивают обзор водолазу соответственно впереди и по бокам подводного гидроцикла. Каждое окно (6) закрыто пластиной прозрачного материала, выполненного из органического стекла (плексигласа).
Пример 4
Для обеспечения качественного предотвращения запотевания окон воздушного купола (5) воздухопровод проходит по периметру указанных окон (6) и содержит отверстия, расположенные в области углов этих окон (6).
Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.
Заявляемый подводный гидроцикл используют следующим образом.
Предварительно включают воздушную систему, как правило, путем простого открытия вентиля на баллоне со сжатым воздухом (16). При этом создается избыточное давление в корпусах электродвигателей (10, 11) и осуществляется подача воздуха с постоянной скоростью в воздушный купол (5) и воздушную камеру (25) источника питания (9). После помещения подводного гидроцикла в воду в акватории его планируемого использования водолаз занимает на нем место. При этом для использования подводного гидроцикла нет необходимости в том, чтобы водолаз имел какое-либо дополнительное снаряжение или оборудование. Подводный гидроцикл спускают в воду вертикально, поэтому балластная камера (19), воздушная камера (25) источника питания (9) и воздушный купол (5) под водой остаются заполненными воздухом. Это обеспечивает положительную плавучесть подводного гидроцикла (он не тонет) и возможность посадки в него водолаза.
Для погружения водолаз открывает второй клапан (22) на пульте управления (20) балластной камерой (19). При этом воздух из балластной камеры (19) выходит наружу через второй выход пульта управления (20) балластной камерой (19). При этом воздух в негерметичной снизу балластной камере (19) вытесняется водой, подводный гидроцикл приобретает отрицательную плавучесть и погружается.
Для более точного регулирования глубины погружения, а также для удержания подводного гидроцикла на заданной глубине водолаз периодически включает электродвигатель глубины (11). Кнопка (15) включения электродвигателя глубины (11) расположена на штурвале (2). При работающем электродвигателе глубины (11) подводный гидроцикл движется вверх даже при наличии у него отрицательной плавучести.
Для поступательного движения вперед подводного гидроцикла водолаз включает маршевый электродвигатель (10). Кнопка (14) включения маршевого электродвигателя расположена на штурвале (2).
Повороты подводного гидроцикла в горизонтальной плоскости обеспечиваются поворотом штурвала (2) при работающем маршевом двигателе (10).
Для всплытия подводного гидроцикла водолаз открывает первый клапан (21) на пульте управления (20) балластной камерой (19). При этом воздух из баллона (16) под давлением поступает в балластную камеру (19), вытесняет вниз находящуюся там воду. При этом подводный гидроцикл приобретает положительную плавучесть и всплывает.
По манометру (18), находящемуся на штурвале (2), водолаз контролирует давление воздуха в воздушной системе. По глубиномеру (30), также находящемуся на штурвале (2), он определят глубину погружения.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом изобретении заявляемый технический результат: «снижение искажений при визуальном наблюдении за окружающей обстановкой из воздушного купола» обеспечивается за счет того, что подводный гидроцикл содержит открытый корпус с сиденьем, открытый снизу воздушный купол, жестко закрепленный к корпусу над сиденьем, и содержащий по крайней мере одно герметичное окно, закрытое жестким прозрачным материалом, выполненное в форме по крайней мере части по крайней мере одной грани выпуклого многогранника и снабженное средством его обдува с внутренней стороны. При этом подводный гидроцикл дополнительно содержит баллон со сжатым воздухом, через понижающий редуктор гидравлически связанный с воздушным куполом.
Заявляемый технический результат: «обеспечение возможности удерживания гидроцикла на заданной глубине» обеспечивается за счет того, что подводный гидроцикл содержит открытый корпус с сиденьем, открытый снизу воздушный купол, жестко закрепленный к корпусу над сиденьем, и снабженный по крайней мере одним окном, источник электропитания, герметичный маршевый электродвигатель, герметичный электродвигатель глубины.
Заявляемый технический результат: «повышение надежности и отказоустойчивости герметичных узлов и агрегатов, составляющих конструктивные элементы гидроцикла» обеспечивается за счет того, что подводный гидроцикл содержит открытый корпус, герметичный маршевый электродвигатель и герметичный электродвигатель глубины. При этом указанные электродвигатели снабжены средством создания внутри них избыточного давления воздуха.
Для использования подводного гидроцикла водолаз может не иметь никакого дополнительного снаряжения или оборудования.
Авторами изготовлен опытный образец подводного гидроцикла, испытания которого подтвердили достижение заявленного технического результата.
Заявляемый подводный гидроцикл реализован из промышленно выпускаемых материалов с использованием промышленно выпускаемых устройств, может быть изготовлен на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области водолазной техники.
Источники информации
1. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1819793, МПК 5 B63C 11/00, 1993 г.
2. Описание изобретения к патенту РФ №2154591, МПК 7 B63C 11/02, 2000 г.
3. Описание изобретения к патенту РФ №2191135, МПК 7 B63C 11/46, 2002 г.
4. Описание изобретения к патенту РФ №2081781, МПК 6 В63С 11/46, F63B 35/12, 1997 г.
5. Интернет ресурс http://scuba-doo.com.au.