Подводный аппарат с плавниковым движителем
SUBMERSIBLE DEVICE WITH FIN PROPELLER

Изобретение относится к области судовых движителей и может быть использовано при проектировании малых подводных робототехнических средств.
Известен плавниковый движитель, построенный для модели судна под руководством Г. Хертеля (см. Гидробионика в судостроении под ред. И.М. Петрова / И.М. Петров. - М.: Издательство ЦНИИТЭИС, 1970. стр. 100-101). Плавниковый движитель состоит из плавника, совершающего поступательно-вращательные колебания, привода поперечных перемещений плавника, привода вращательных перемещений плавника. Плавник представляет собой прямоугольный металлический лист постоянной толщины.
Недостатком конструкции является то, что такая форма плавника не является оптимальной по сравнению с крыловым профилем и приводит к значительным срывам потока при движении плавника. Это, в свою очередь, ухудшает пропульсивные характеристики плавникового движителя и увеличивает затраты энергии на движение плавучего объекта.
Известен плавниковый движитель типа «машущее крыло», разработанный норвежской фирмой «Wave Control Со» и использующий энергию качки судна (см. Слижевский Н.Б. Гидробионика в судостроении / Н.Б. Слижевский. - Николаев: Издательство УГМТУ, 2002. стр. 98-99). Плавниковый движитель состоит из горизонтально расположенного машущего крыла, смонтированного на специальных стойках в носовой оконечности судна. При качке носовая оконечность совершает вертикальные гармонические колебания, за счет чего горизонтально расположенное крыло совершает поступательно-вращательные колебания. Тем самым, на машущем крыле возникает горизонтальная составляющая гидродинамической силы, толкающая судно вперед.
Недостатком данного движителя является зависимость его эффективной работы от погодных условий - волнения моря. При этом возможно ухудшение его пропульсивных качеств и, соответственно, увеличение затрат энергии на движение судна.
Известен также плавниковый движитель, принятый в качестве прототипа (см. пат.RU №2360831 «Корабль с плавниковым движителем», опубл. 10.07.2009, кл. МПК: В63Н 1/36). Движитель состоит из последовательности гибких полосовых поверхностей с жесткими ребрами, выполняющими перемещения в цепной сцепке, задающей углы наклона жестких ребер по касательной к бегущей синусоиде, что в разные моменты времени образует геометрически сложные седловые поверхности со строго заданными скоростями деформации поверхности машущего крыла.
Недостатком движителя является то, что перемещения гибких полосовых поверхностей происходят по синусоидальному закону, который может быть не оптимальным для обеспечения пропульсивных качеств движителя. Тем самым, возможно увеличение затрат энергии на движение плавучего объекта.
Задачей изобретения является разработка нового плавникового движителя, состоящего из системы поверхностей с повышенным пропульсивным коэффициентом полезного действия, что, в свою очередь, уменьшает затраты энергии на движение подводного аппарата с плавниковым движителем.
Технический результат заключается в уменьшении затрат энергии на движение подводного аппарата с плавниковым движителем за счет использования регулируемого гидроупругого эффекта, который возникает, когда характеристики жесткости и демпфирования в шарнирах подобраны таким образом, чтобы частота колебаний первой поверхности, задаваемая с помощью механизмов управления, совпадала с основной собственной частотой всей системы поверхностей.
Поставленная задача достигается тем, что подводный аппарат с плавниковым движителем содержит корпус, энергетическую установку, механизмы управления и плавниковый движитель. Плавниковый движитель состоит из последовательности поверхностей с жесткими ребрами, выполняющими перемещения в цепной сцепке, оснащенной шарнирами. Шарниры снабжены торсионными пружинами и демпферами, обеспечивающими возникновение гидроупругого эффекта
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг. 1 показана схема подводного аппарата с плавниковым движителем;
на фиг. 2 показано устройство шарнира.
Подводный аппарат с плавниковым движителем содержит корпус 1, энергетическую установку 2, механизмы управления 3 и плавниковый движитель, состоящий из поверхностей 4-7 и жестких ребер 8-11, а также цепных сцепок 12-14, оснащенных шарнирами 15-17. Каждый шарнир 15-17 состоит из торсионной пружины 18 и демпфера 19.
Подводный аппарат с плавниковым движителем работает следующим образом. Внутри корпуса 1 расположена энергетическая установка 2, снабжающая энергией механизмы управления 3. Механизмы управления 3 задают поверхности 4 поступательно-вращательные колебания, которые передаются поверхностям 5-7 при помощи цепных сцепок 12-14. Частота колебаний поверхности 4 совпадает с основной собственной частотой системы поверхностей 4-7 (фиг. 1). Основная собственная частота определяется исходя из характеристик жесткости торсионных пружин 18 и демпфирования демпферов 19 (фиг. 2). Таким образом, создаются условия для возникновения регулируемого гидроупругого эффекта.
В результате разработан новый подводный аппарат с плавниковым движителем, состоящим из системы поверхностей, обладающим повышенными пропульсивными качествами, вследствие этого уменьшаются затраты энергии на движение подводного аппарата с плавниковым движителем.