Устройство гидроакустического обнаружения с возобновляемым источником электропитания
RENEWABLE POWER SONAR DETECTION DEVICE

Изобретение относится к области морской техники, в частности к морским автономным устройствам обнаружения надводно/подводных целей, и имеет возможность пополнять электроэнергию в процессе эксплуатации.
Известно заглубленное буйковое гидроакустическое устройство (RU 2241630 от 09.04.2003 г), содержащее буй, установленный с помощью подвеса на якоре, контейнер с аппаратурой и антенну, буй выполнен в виде катамарана из двух частей, связанных между собой жестким каркасом, между этими частями размещен контейнер с аппаратурой, соединенный с буем посредством узла стыковки, антенна жестко закреплена на контейнере, а буй соединен с подвесом посредством не менее четырех связей, каждая из которых закреплена на частях буя.
Недостатком этого устройства является большой снос буя подводными течениями и, как результат, вертикальные перемещения антенны и большой угол ее наклона вследствие того, что буй имеет большую парусность. Уменьшение сноса за счет увеличения силы плавучести малоэффективно, так как при увеличении объема буя увеличивается и его парусность.
Известен мобильный гидроакустический буй-маяк (RU 2709058 от 07.06.2018 г), включающий источник тока, аппаратуру управления, всплывающий поплавок с антенной и приемником спутниковой системы навигации типа ГЛОНАСС и аппаратурой приема и излучения гидроакустических сигналов, мобильный гидроакустический буй-маяк размещается в отдельном модуле автономного необитаемого подводного аппарата, имеющего бортовую систему управления, устройства связи и навигации, энергосиловую установку с источником энергии и двигателем, движитель, приводы рулевых машинок и наружное оперение с рулями, дополнительно модуль оборудуется устройством отделения всплывающего поплавка с антенной от подводного аппарата и возвращения его обратно с приводом и катушкой с кабелем, связывающим приемник спутниковой системы навигации, расположенной в поплавке с антенной, с аппаратурой управления буя, а также устройством распознавания сигналов запроса своих сил для разрешения передачи запрашиваемой ими информации, шифратором, преобразующим информацию для предотвращения ее восстановления в случае перехвата посторонними объектами и дешифратором, осуществляющим обратное преобразование информации, вычислительным устройством и датчиками гидростатического и гидродинамического давления, служащими для расчета скорости дрейфа мобильного гидроакустического буя-маяка при его покладке на грунт, направления и величины горизонтального сноса поплавка относительно точки постановки.
Недостатком этого устройства является необходимость обеспечения работы устройства надводными или подводным плавсредствами, при этом мобильный гидроакустический буй-маяк зависит от погодных условий. Требуется постоянное сопровождение для обработки получаемой информации и питания технических устройств.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является энергетическая установка для автономного электропитания морских устройств в районах со сложной ледовой обстановкой (RU 2655182 от 08.02.2017 г), содержащая буй, оборудованный блоком управления и модулями связи и навигации, автономный электрический источник и электрогенератор, ротор которого жестко соединен с лопастным колесом, электрогенератор помещен в полый вертикальный цилиндрический корпус энергетической установки, имеющий расширение в нижней и верхней части, на внешней стороне, вверху корпуса расположена воздушная емкость с регулирующим клапаном, в нижней части корпуса расположен герметичный баллон, оборудованный запирающим клапаном и гидронасосом, корпус снабжен верхним и нижним концевыми выключателями и свободно прикреплен к буйрепу, буйреп соединяет буй с блоком автономного электрического источника и электронных модулей аппаратуры обнаружения, внутри буйрепа проложен электрический кабель, соединяющий блок автономного электрического источника с электропотребителями буя, электрогенератор кабелем соединен с блоком автономного электрического источника через сматывающее устройство.
Недостатком этого устройства является наличие подвижных механических устройств, концевых выключателей, ограниченный ресурс работы которых снижает надежность конструкции, ограниченное использование в арктических районах и в период низких температур.
Задачей изобретения является создание устройства гидроакустического обнаружения с энергетической установкой для длительного автономного электропитания морских устройств в малонаселенных районах и районах со сложной ледовой обстановкой.
Требуемый технический результат достигается тем, что устройство гидроакустического обнаружения, с возобновляемым источником электропитания состоит из корпуса (7), в котором расположен автономный электрический источник (9) и электрогенератор (8), корпус (7) выполнен в виде цилиндра герметичного в верхней части, внутри корпуса расположены приборы системы гидроакустического обнаружения (4), система глобальной спутниковой навигации ГЛОНАСС (3), система связи и управления (6) с антенной (2) в герметичном радиопрозрачном колпаке (1), выпускной воздушный клапан с датчиком давления (5), на роторе электрогенератора жестко закреплен винтовой пропеллер (12), установленный в боковом вырезе корпуса (13), ниже расположены гидрофоны системы гидроакустического обнаружения (10), в нижней части корпуса имеется отверстие, к которому присоединена труба (И) меньшего диаметра с грузом(15) и вырезами(14) на конце.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 представлено устройство гидроакустического обнаружения, с возобновляемым источником электропитания состоящее из:
1 - радиопрозрачный колпак;
2 - антенны;
3 - приборы системы глобальной спутниковой навигации ГЛОНАСС;
4 - приборы системы гидроакустического обнаружения;
5 - выпускной воздушный клапан с датчиком давления;
6 - система связи и управления;
7 - корпус;
8 - электрогенератор;
9 - автономный электрический источник;
10 - гидрофоны системы гидроакустического обнаружения;
11 - труба;
12 - винтовой пропеллер на роторе электрогенератора;
13 - боковой вырез корпуса;
14 - вырезы в нижней части трубы;
15 - груз.
На Фиг. 2 представлено направление движение воды в устройстве гидроакустического обнаружения с возобновляемым источником в процессе эксплуатации.
Перед началом эксплуатации устройства гидроакустического обнаружения с возобновляемым источником электропитания необходимо провести ряд подготовительных операций. Предварительно производится сборка: в корпус (7) устанавливаются все приборы и устройства, на корпусе (7) устанавливаются гидрофоны системы гидроакустического обнаружения (10), присоединяется труба (11) выполненная из полимерных материалов и имеющая небольшой вес. Сечение трубы (11) рассчитывается и зависит от глубины в районе установки и мощности электрогенератора (8). В заданной точке моря (водоема) с учетом системы глобального позиционирования ГЛОНАСС производится постановка конструкции устройства. На грунт опускается нижняя часть трубы (11) с вырезами (14) для работы возобновляемого источника электропитания и грузом (15) для закрепления нахождения устройства в данной точке.
После погружения устройства гидроакустического обнаружения с возобновляемым источником электропитания в воду, вода, поднимаясь по трубе (7), заполняет свободное пространство и сжимает воздух, находящийся внутри корпуса (7), который выполнен в виде цилиндра с герметичной верхней частью. Этот запас воздуха создает положительную плавучесть корпусу (7) устройства и придает ему вертикальное положение. Для работы устройства гидроакустического обнаружения с возобновляемым источником электропитания необходимо, чтобы уровень воды внутри корпуса поднимался выше жестко закрепленного на роторе электрогенератора винтового пропеллера (12), расположенного в боковом вырезе корпуса (13), для этого необходимо сбросить избыточное давление воздуха внутри корпуса (7), для чего, после срабатывания датчика давления (5) система управления вырабатывает команду на открытие воздушного клапана (5) и стравливает избыточный воздух до срабатывания датчика давления (5). Устройство готово к работе.
Изобретение работает следующим образом: первоначально происходит запуск возобновляемого источника электропитания для обеспечения электроэнергией потребителей, для чего по команде системы связи и управления (6), за счет энергии автономного электрического источника (9) запускается электрогенератор (8), вращающий винтовой пропеллер(12), жестко закрепленный на его роторе.
Пропеллер (12) имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры. Пропеллер движется не за счет давления воды, а за счет возникновения подъемной силы. Так же как крыло самолета. Лопасти пропеллера движутся поперек потока, а не увлекаются потоком в направлении течения. Такой вариант сравнительно прост в изготовлении, требует минимальных расчетов и реализуется при минимальных затратах, имеет высокий КПД, прост в настройке и эксплуатации.
Вращение винтового пропеллера (12) задает направление движению воды через вырезы в нижней части трубы (14) где вода находится под высоким давлением столба воды над ней. Поднимаясь по трубе (И) вода попадает в корпус (7) и через боковой вырез корпуса (13) выдавливает воду из устройства в слой с более низким давлением. После запуска по команде системы связи и управления(б) электрогенератор(8) переводится в режим генерации электроэнергии для обеспечения потребностей систем и приборов и пополнения запасов электроэнергии в автономном электрическом источнике.
В работу включается система гидроакустического обнаружения (4), гидрофоны системы гидроакустического обнаружения (10) осуществляют поиск в пассивном режиме. При обнаружении подводно/надводной цели система связи и управления (6) осуществляют передачу на пункт управления по радиоканалу информации о факте обнаружения, координаты устройства и спектрограмму шумов обнаруженной цели для ее классификации. Для получения более точных координат цели система гидроакустического обнаружения (4) может использоваться и в активном режиме.
Для эффективного обнаружения целей в заданных районах необходимо использование нескольких устройств гидроакустического обнаружения с возобновляемым источником электропитания с пересекающимися зонами гидроакустического обнаружения.
Использование устройств гидроакустического обнаружения с возобновляемым источником электропитания позволит длительное время осуществлять контроль водного пространства в прибрежной зоне, в проливах и экономической зоне нашей страны, предотвратить несанкционированное проникновения и проход в особых зонах (Северный морской путь), ведение незаконной хозяйственной деятельности.