Необитаемый подводный аппарат для глубоководных погружений
UNMANNED UNDERWATER VEHICLE FOR DEEP-SEA DIVING

Изобретение относится к судостроению, конкретно к необитаемым подводным аппаратам (планерам-глайдерам) и может быть использовано для исследования водных акваторий.
Известен подводный планер-глайдер Slocum, разработанный американской корпорацией Teledyne (см. Лопота А.В., Николаев А.Б. Морские робототехнические комплексы военного и специального назначения / А.В. Лопота. - СПб.: Издательство ЦНИИ РТК, 2016. - стр. 16-17). Перемещение планера-глайдера в водной среде по глубине осуществляется за счет изменения остаточной плавучести. Для этого вместо силовой установки с гребным винтом планер-глайдер оснащают системой автоматического управления плавучестью (САУП), которая формирует управляющие воздействия в виде изменения величины и знака остаточной плавучести глайдера. Исполнительный тракт САУП состоит из балластной цистерны, размещенной в прочном корпусе глайдера, и эластомерной емкости в проницаемой части, распределительных электромагнитных клапанов, гидронасоса рабочей жидкости (обычно минеральное масло). При постоянном массовом водоизмещении объемное водоизмещение аппарата может управляемо меняться при откачке рабочей жидкости из балластной цистерны в эластичную емкость или, наоборот, подаче жидкости из емкости в цистерну, приводя к изменению плавучести. Так как исполнительный тракт САУП является основным потребителем энергии от бортового источника, автономность глайдера в значительной степени зависит как от принятого алгоритма работы САУП, так и от типа исполнительного тракта. При спуске на воду планер-глайдер Slocum постепенно погружается по пологой наклонной траектории со средней скоростью 0,8 узла до глубины 200 м. Затем он всплывает по восходящей к поверхности траектории и далее цикл повторяется. Управление курсом планера-глайдера осуществляют за счет отклонения кормового вертикального руля за стабилизатором.
Недостатки данного устройства управления планером-глайдером по курсу связаны с трудностями в реализации механизма отклонения кормового вертикального руля на значительных глубинах из-за высокого забортного давления. Кроме того, на значительных глубинах растет нагрузка на гидронасос рабочей жидкости, что ограничивает возможности САУП, снижает надежность и живучесть подводного аппарата.
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). Устройство состоит из гидравлического цилиндра, управляемых клапанов, пружины, поршня со штоком, гидронасоса рабочей жидкости, размещенных в прочном корпусе. 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 также «Подводный планер-глайдер» (пат. RU №2669244, опубл. 09.10.2018, кл. МПК: B63G 8/00), принимаемый за прототип с возможностью маневрирования по курсу без перекладок вертикального руля. Подводный планер-глайдер, включает систему управления плавучестью, состоящую из балластных цистерн, распределительных электромагнитных клапанов, гидронасосов рабочей жидкости, размещенных в прочном корпусе подводного планера-глайдера, эластомерных емкостей, размещенных в проницаемой части подводного планера-глайдера. Система управления плавучестью разделена на два независимо работающих исполнительных тракта, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости подводного планера-глайдера, а эластомерные емкости выполнены с изменяемым объемом для осуществления смещения точки приложения равнодействующей силы избыточной плавучести относительно диаметральной плоскости, с возможностью накренения и, соответственно, маневрирования подводного планера-глайдера по курсу.
Недостатки данного планера-глайдера связаны с тем, что на значительных глубинах растет нагрузка на гидронасосы рабочей жидкости, это, в свою очередь, ограничивает возможности системы управления плавучестью, снижает надежность и живучесть подводного планера-глайдера.
Задачей изобретения является разработка нового устройства маневрирования необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений по курсу без перекладок вертикального руля, которое позволяет устранить недостатки прототипа и снижает нагрузку на гидронасосы рабочей жидкости, обеспечивая изменение плавучести необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений на глубинах более 4000 м. Тем самым, повышается надежность и живучесть необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений.
Технический результат изобретения заключается в снижении нагрузки на гидронасосы рабочей жидкости, что обеспечивает изменение плавучести необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений на глубинах более 4000 м и повышает его надежность и живучесть.
Сущность изобретения заключается в том, что необитаемый подводный аппарат для глубоководных погружений включает систему управления плавучестью, разделенную на два независимо работающих исполнительных тракта, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений. При этом система управления плавучестью состоит из гидравлических цилиндров, управляемых клапанов, пружин, поршней со штоками, гидронасосов рабочей жидкости, размещенных в прочном корпусе необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений. Штоки поршней входят в проницаемую часть необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений. Штоки поршней имеют в проницаемой части разную длину и, соответственно, разный объем для осуществления смещения точки приложения равнодействующей силы избыточной плавучести относительно диаметральной плоскости, с возможностью накренения и, соответственно, маневрирования необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений по курсу. Снижается нагрузка на гидронасосы рабочей жидкости, что обеспечивает изменение плавучести необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений на глубинах более 4000 м и повышается его надежность и живучесть.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где
на фиг. 1 - показана схема, отражающая расположение гидравлических цилиндров в прочном корпусе на виде сверху;
на фиг. 2 - показана схема, отражающая расположение гидравлических цилиндров на виде сбоку;
на фиг. 3 - показана схема, отражающая устройство системы управления плавучестью.
Необитаемый подводный аппарат для глубоководных погружений состоит их прочного корпуса 1, проницаемой части 2 и системы управления плавучестью 3-18, которая разделена на два независимо работающих исполнительных тракта 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17 и 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений. Исполнительные тракты системы управления плавучестью состоят из гидравлических цилиндров 3 и 4, гидронасосов рабочей жидкости (обычно минеральное масло) 5, 6, управляемых клапанов 7, 8, поршней 9, 10 со штоками 11, 12, пружин 13, 14, размещенных в гидравлических цилиндрах 3, 4, при этом штоки поршней 11, 12 выполнены с возможностью вхождения в проницаемую часть 2 необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений. Гидравлические цилиндры 3, 4 имеют надпоршневые полости 15, 16 и подпоршневые полости 17, 18.
Штоки 11, 12 поршней 9, 10 могут иметь в проницаемой части 2 разную длину и, соответственно, разный объем для осуществления смещения точки приложения равнодействующей силы избыточной плавучести относительно диаметральной плоскости, с возможностью накренения и, соответственно, маневрирования необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений по курсу.
Устройство для маневрирования необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений по курсу работает следующим образом. В режиме всплытия управляемые клапаны 7, 8 переключают сторону нагнетания гидронасосов рабочей жидкости 5, 6 на надпоршневые полости 15, 16 гидравлических цилиндров 3, 4, а всасывающая сторона гидронасосов рабочей жидкости 5, 6 замыкается на подпоршневые полости 17, 18. Приведение в действие гидронасосов рабочей жидкости 5, 6 производит перемещение рабочей жидкости из подпоршневых полостей 17, 18 в надпоршневые полости 15, 16, что приводит к перемещению поршней 9, 10, сжатию пружин 13, 14 и выдвижению части штоков 11, 12 за пределы гидравлических цилиндров 3, 4 в проницаемую часть 2, а это, в свою очередь, приводит к увеличению плавучести необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений. В режиме погружения управляемые клапаны 7, 8 соединяют подпоршневые полости 17, 18 гидравлических цилиндров 3, 4 непосредственно с надпоршневыми полостями 15, 16. При этом, сжатые в режиме всплытия пружины 13, 14 производят перемещение рабочей жидкости из надпоршневых полостей 15, 16 в подпоршневые полости 17, 18, что приводит к перемещению поршней 9, 10 вверх и, соответственно, части штоков 11, 12 из проницаемой части 2 в пределы гидравлических цилиндров 3, 4, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению плавучести необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений. Независимая работа трактов системы управления плавучестью, приводит к разной длине и, соответственно, разному объему штоков 11, 12 в проницаемой части 2. Это, в свою очередь, смещает точку приложения равнодействующей силы избыточной плавучести относительно диаметральной плоскости, что приводит к накренению и, соответственно, маневрированию необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений по курсу.
Отсутствует необходимость перекладок кормового вертикального руля при маневрировании необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений по курсу, что устраняет возможные протечки в исполнительных механизмах перекладки кормового вертикального руля и позволяет полностью отказаться от его использования. Снижается нагрузка на гидронасосы рабочей жидкости, что обеспечивает изменение плавучести необитаемого подводного аппарата для глубоководных погружений на глубинах более 4000 м и повышает его надежность и живучесть.