Автономный необитаемый надводно-подводный аппарат планирующего типа ГЛАЙДЕР-БОТ

Устройство относится к автономным необитаемым надводно-подводным самоходным аппаратам (глайдерам) и может быть использовано для исследования водных акваторий, а так же для доставки  оборудования  в заданную точку акватории  и выполнение задач в опасных и труднодоступных  местах на глубине.
Известно устройство под названием АННА «Проект БКЭМ-55 «Беспилотный комплекс экологического мониторинга – 55», представляющий собой безэкипажный автономный катер современной формы – носитель контрольно-измерительной аппаратуры для контроля экологической обстановки и разлива нефтепродуктов, отбора проб воды, мониторинга погодных условий, а также сбора видеоинформации и передачи в режиме реального времени на береговой пост управления. Катер способен по радиокомандам оператора или в соответствии с записанной в память бортового компьютера программой перемещаться по поверхности воды, выполняя заданную миссию.
Основным недостатком «Проекта БКЭМ-55», снижающим его эксплуатационные возможности, является невозможность погружения его на глубину для выполнения требуемых работ под водой.
Известно также большое количество автономных необитаемых подводных аппаратов, основной режим работы которых – движение под водой (Alistar, Enterprise, REMUS, Odyssey и др.). Известны также автономные необитаемые подводные аппараты планирующего типа – подводные глайдеры (Spray, Slocum, Seaglider и др.).
Самым близким, по своей технической сущности, к заявленному устройству является автономный подводный необитаемый аппарат планирующего типа описанный в патенте №164034 с приоритетом от 04.12.2015 г. и содержащий корпус аппарата с крылом, систему изменения плавучести, систему изменения угла дифферента, систему изменения угла крена и сборку батарей, причем в системе изменения плавучести, которая расположена в кормовой части аппарата, установлен линейный актуатор с цилиндром, а система изменения угла дифферента размещена с возможностью корректировки углов планирования, при этом сборка батарей расположена параллельно оси аппарата и закреплена с возможностью перемещения вдоль этой оси.
Основными недостатками подобных аппаратов являются высокие энергозатраты при перемещении в водной толще, а значит, недостаточная автономность, исчисляемая часами, а также акустический шум, связанный с работой маршевого двигательно-движительного комплекса. Движение таких аппаратов организует механизм изменения плавучести (МИП), обеспечивающий в зависимости от знака плавучести (отрицательной или положительной) погружение или всплытие аппарата. Основными недостатками известных подводных глайдеров являются, малая скорость перемещения под водой, низкая энергоэффективность работы в узком коридоре глубин, невозможность работы при наличии сильных течений, возможность потери аппарата (вследствие малой плавучести) из-за резкой смены параметров водной массы (например, при попадании в линзу распреснённой воды).
Предлагаемое устройство автономного необитаемого  надводно-подводного  аппарата направлено на получение следующего технического результата: повышение эксплуатационных характеристик, а именно увеличение скорости и получении возможности работы при наличии сильных течений.
Поставленная задача решается за счёт того что, Автономный  необитаемый  надводно-подводный  аппарат планирующего типа содержит корпус, систему изменения плавучести, систему изменения дифферента, двигательно-движительную систему, систему энергопитания, а также системы управления, передачи данных, навигации, связи и контрольно-измерительную систему причём, корпус аппарата выполнен в виде вытянутого в продольном направлении обтекаемого тела, днище которого снабжено скуловыми реданами содержащими  лыжу с горизонтальной полкой, а система изменения  плавучести является двухзвенной, и включает в себя модуль изменения плавучести, осушительную помпу и электроуправляемый клапан.
Выполнение корпуса в виде вытянутого в продольном направлении обтекаемого тела обеспечивает высокие гидродинамические характеристики, обеспечивая при этом  надежную устойчивость  при движении по поверхности воды, а также имеет достаточную поверхность для размещения дополнительного оборудования, например солнечных панелей.  В начальном положении на поверхности воды плавучесть аппарата такова, что его ватерлиния занимает крайнее низкое положение, обеспечивая необходимую устойчивость и водоизмещение для эффективного перемещения аппарата по поверхности воды. Указанное перемещение осуществляется за счёт работы маршевых двигателей. Размещенные на днище скуловые реданы выполняют роль крыльев, и обеспечивают планирование под водой, так называемый режим  глайдера. Отсутствие выступающих крыльев существенно повышает эксплуатационные характеристики аппарата, в частности, облегчаются операции спуска/подъёма аппарата, особенно в штормовых условиях, снижается вероятность запутывания аппарата в плавающих сетях, водорослях и тому подобное. Дифферент аппарата изменяется за счёт действия горизонтальных рулей и системы изменения плавучести,  что не требует использования специального двигателя. Таким образом аппарат меняет курс за счёт изменения частоты вращения маршевых двигателей, для поворотов ему не требуется изменять крен, а значит, отпадает необходимость в использовании двигателя, смещающего центр тяжести аппарата вокруг продольной оси и зубчатой передачи. Система изменения плавучести является двухзвенной и включает в себя модуль изменения плавучести, электроуправляемый клапан и осушительную помпу для обеспечения возможности изменения положения ватерлинии в надводном положении. Возможность быстро перемещаться по поверхности  и в толще воды обеспечивает наличие двигательно-движительного комплекса, а наличие системы изменения плавучести позволяет двигаться в толще воды в режиме планирования т.е.  в режиме глайдера без использования    маршевых двигателей. Совершение планирующего  полёта по заданной траектории вверх и вниз обеспечивается за счёт изменения плавучести и дифферента. Движение автономного  необитаемого  надводно-подводного  аппарата планирующего типа заданным курсом, совершение поворотов и разворотов аппарата осуществляются за счет двух маршевых двигателей, способных работать как в унисон, так и вразнобой.
Суть  технического решения поясняется иллюстрациями, где, на фигуре 1 изображены корпус 1, днище 2, скуловые реданы 3, маршевые двигатели 4, горизонтальные рули 5, модуль изменения плавучести 6, осушительная помпа 7, электроуправляемый клапан 8.
Автономный  необитаемый  надводно-подводный  аппарат планирующего типа ГЛАЙДЕР-БОТ работает следующим образом. В начальном положении на поверхности воды плавучесть аппарата такова, что его ватерлиния занимает крайнее низкое положение, обеспечивая необходимую остойчивость и водоизмещение для эффективного перемещения аппарата по поверхности воды. Указанное перемещение осуществляется за счёт работы маршевых двигателей 4. Перед погружением аппарата в заданной точке акватории открывается электроуправляемый клапан 8, размещённый на днище 2 корпуса 1, и забортная вода заполняет свободные полости корпуса 1 аппарата. При полном их заполнении аппарат полностью погружается в воду, и плавучесть его становится равной нулю. Для погружения на заданную глубину модуль изменения плавучести 6 изменяет замкнутый объём аппарата таким образом, что его плавучесть становится отрицательной. При этом корпус 1  аппарата приобретает дифферент на нос. Начинается погружение в планирующем режиме, обеспечиваемом особой формой корпуса 1 и скуловыми реданами 3 днища 2. При достижении заданной глубины, определяемой с помощью датчика гидростатического давления, модуль изменения плавучести 6 изменяет знак плавучести на положительный, создаёт дифферент на корму, и аппарат по пологой траектории всплывает. После всплытия на поверхность включается осушительная помпа 7, выкачивая воду из корпуса 1 аппарата. Аппарат приходит в исходное положение для движения по поверхности воды.
Совокупность признаков нова и позволяет одинаково эффективно работать как на поверхности, так и под водой, большей скорости перемещения как на поверхности, так и под водой, что позволяет работать в условиях сильных течений, большей манёвренности, регулируемой в широких пределах плавучести, большей энергоэффективности работы в узком коридоре глубин, а значит, большей автономности.