BR112018007639B1 - Métodos de implantação e recuperação para auvs e dispositivo submerso - Google Patents

Abstract

MÉTODOS DE IMPLANTAÇÃO E RECUPERAÇÃO PARA AUVS. Um método de implementação de veículos subaquáticos autónomos (AUVs), em que o método compreende carregar os AUVs num dispositivo de implementação; submergir o dispositivo de implementação contendo os AUVs após os AUVs terem sido carregados no dispositivo de implementação; rebocar o dispositivo de desdobramento submerso contendo os AUVs com um navio de superfície; implantar os AUVs a partir do dispositivo de desdobramento submerso quando este é rebocado pelo navio de superfície; e, operar um propulsor de cada AUV após ele ter sido implantado de modo que ele se afaste do dispositivo de implantação submerso. Um método de recuperação de veículos submarinos autônomos (AUVs) também é divulgado, o método compreendendo rebocar um dispositivo de recuperação submerso com um navio de superfície; carregar os AUVs no dispositivo de recuperação submerso quando este é rebocado pelo navio de superfície; e depois de os AUVs terem sido carregados no dispositivo de recuperação submerso, levantar o dispositivo de recuperação submerso contendo os AUVs para fora da água e para o recipiente de superfície.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método de implantação ou recuperação de veículos subaquáticos autônomos (AUVs).

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Métodos conhecidos de realização de pesquisas sísmicas são divulgados em US 8.881.665; US 8.310.899; US 7.632.043; e US 2014/0177387.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003] Um primeiro aspecto da invenção fornece um método de implantação de veículos subaquáticos autônomos (AUVs), o método que compreende carregar os AUVs em um dispositivo de implantação; submergir o dispositivo de implantação contendo os AUVs após os AUVs terem sido carregados no dispositivo de implantação; rebocar o dispositivo de implantação submerso contendo os AUVs com uma embarcação de superfície; implantar os AUVs a partir do dispositivo de implantação submerso quando este é rebocado pela embarcação de superfície; e operar um propulsor de cada AUV depois que ele foi implantado, para que ele se afaste do dispositivo de implantação submerso.

[004] Um outro aspecto da invenção fornece um método de recuperação de veículos subaquáticos autônomos (AUVs), o método compreendendo rebocar um dispositivo de recuperação submerso com uma embarcação de superfície; carregar os AUVs no dispositivo de recuperação submerso quando este é rebocado pela embarcação de superfície; e depois dos AUVs terem sido carregados no dispositivo de recuperação submerso, elevar o dispositivo de recuperação submerso contendo os AUVs para fora da água e para a embarcação de superfície.

[005] O método de implantação / recuperação rebocado da presente invenção permite que os AUVs sejam implantados ou recuperados de uma forma rápida e eficiente em uma grande área. O movimento de reboque do dispositivo pode ser benéfico, ajudando a ejetar os AUVs a partir do dispositivo ou carregá-los no dispositivo. Por exemplo, o movimento de reboque pode causar um fluxo de água através de um canal de implantação do dispositivo, este fluxo gerando uma força motora que ajuda a ejetar o AUV para fora do dispositivo (opcionalmente em combinação com a operação de um propulsor do AUV).

[006] Os AUVs podem ser implantados ou recuperados um a um pelo dispositivo submerso quando este é rebocado pela embarcação de superfície, ou múltiplos AUVs podem ser implantados ou recuperados simultaneamente.

[007] Várias características preferidas da invenção são apresentadas nas reivindicações dependentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Modalidades da invenção serão agora descritas com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[009] A Figura 1 mostra um método de implantação de veículos subaquáticos autônomos (AUVs);

[0010] A Figura 2 mostra um dispositivo de implantação / recuperação sendo baixado na água;

[0011] A Figura 3 mostra um dispositivo de implantação / recuperação sendo levantado da água;

[0012] A Figura 4 mostra um método de recuperação de AUVs;

[0013] A Figura 5 é uma vista isométrica de um dispositivo de implantação / recuperação;

[0014] A Figura 6 é uma vista de porta do dispositivo;

[0015] A Figura 7 é uma vista frontal do dispositivo;

[0016] A Figura 8 é uma vista de seção transversal do dispositivo;

[0017] A Figura 9 é uma vista isométrica do chassi do dispositivo;

[0018] A Figura 10 é uma vista isométrica de um carrossel;

[0019] A Figura 11 é uma vista isométrica de um palete;

[0020] As Figuras 12-14 são vistas isométrica, plana e lateral de um mecanismo de transferência;

[0021] As Figuras 15 a 17 mostram o mecanismo de transferência segurando um AUV;

[0022] A Figura 18-20 mostra o mecanismo de transferência sem um AUV;

[0023] A Figura 21 mostra os funis de implantação e recuperação;

[0024] A Figura 22 é uma vista frontal de um AUV;

[0025] A Figura 23 é uma vista de plano do AUV mostrando o seu perfil planiforme;

[0026] A Figura 24 é uma vista lateral de estibordo do AUV;

[0027] A Figura 25 é uma vista de seção transversal do AUV visto a partir do lado de porta;

[0028] A Figura 26 é uma vista isométrica do AUV;

[0029] A Figura 27 é uma vista isométrica da embarcação de pressão e propulsores;

[0030] A Figura 28 é uma vista traseira do AUV;

[0031] A Figura 29 é uma vista de seção transversal do AUV visto de frente;

[0032] A Figura 30 é uma vista esquemática do sistema de controle de AUV; e

[0033] As Figuras 31a-f mostram seis etapas em uma missão do AUV.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA(S) MODALIDADE(S)

[0034] Um método de implantar veículos subaquáticos autônomos (AUVs) 1a-c com um dispositivo de implantação / recuperação 2 é mostrado nas Figuras 1 e 2. O dispositivo 2 será descrito em detalhes abaixo, mas em geral compreende um par de carrosséis 3 a, b, cada carrossel carregando uma pilha de trinta e seis AUVs. O dispositivo 2 é carregado com setenta e dois AUVs no convés de uma embarcação de superfície 10. O dispositivo 2 que transporta os AUVs é então baixado para a água por um guindaste 11 e um tirante 12 como mostrado na Figura 2 até estar a uma profundidade requerida. Neste ponto, a embarcação de superfície 10 pode estar estacionária ou pode estar em movimento.

[0035] Depois do dispositivo 2 contendo os AUVs ter sido submerso como na Figura 2, a embarcação de superfície 10 é conduzida para a esquerda, como mostrado na Figura 1, de modo a rebocar o dispositivo de implantação submerso que contém os AUVs. Os AUVs são então implantados um a um a partir do dispositivo 2 quando são rebocados pela embarcação de superfície. A velocidade de reboque é tipicamente entre 0,5 m / s e 2,5 m / s, e mais preferencialmente entre 1 m / s e 2 m / s. Por exemplo, a velocidade de reboque pode ser de 1,5 m / s. Cada carrossel tem seis plataformas, cada plataforma carregando seis AUVs. À medida que a embarcação de superfície se move, um dispositivo de transferência (não mostrado) dentro do dispositivo 2 descarrega os AUVs um por um a partir das plataformas, e move entre as plataformas e um funil de implantação para transferir os AUVs um por um a partir das plataformas para o funil de implantação. Os AUVs são então implantados um por um para o funil de implantação. Como mostrado na Figura 1, um propulsor de cada AUV 1a-c é operado após ter sido implantado de modo que se mova horizontalmente para fora do dispositivo rebocado 2.

[0036] Depois que os AUVs foram implantados como mostrado na Figura 1, eles descem autonomamente ao fundo do mar, e aterrizam em locais precisamente controlados, onde adquirem dados sísmicos durante uma pesquisa sísmica. Quando a pesquisa é concluída, os AUVs retornam para a embarcação de superfície 10, onde são recuperados essencialmente pelo processo inverso à implantação, conforme mostrado na Figura 3 e 4. Os propulsores dos AUVs são operados de modo que os AUVs formem uma linha na frente do dispositivo em uma zona de recuperação 30 como mostrado na Figura 4. O dispositivo submerso 2 rebocado através da zona de recuperação 30 pela embarcação de superfície 10, e os AUVs são carregados um a um para um funil de recuperação do dispositivo à medida que é rebocado através da zona de recuperação 30 pela embarcação de superfície. Após os AUVs terem sido carregados no dispositivo de reboque 2, o dispositivo 2 contendo uma carga útil completa dos AUVs é levantado para fora da água e para a embarcação de superfície pelo guindaste 11, como mostrado na Figura 3.

[0037] O dispositivo submersível / de recuperação 2 será agora descrito em detalhe. O dispositivo 2 tem um chassi ou gaiola 100 mostrado na Figura 9 dividido em quatro segmentos: dois segmentos 101, 102 na parte inferior do chassi para armazenar os AUVs e dois segmentos 103, 104 na parte superior do chassi para recuperar e implementar os AUVs. Os dois carrosséis 3a, b são montados no chassi 10 para que possam ser girados em torno de eixos verticais em relação ao chassi 100. A Figura 10 mostra um dos carrosséis 3a em detalhes, sem quaisquer AUVs. Cada carrossel compreende uma haste vertical 110 montada rotativamente no chassi, e três paletes removíveis, um dos quais é mostrado na Figura 11. Cada palete compreende um chassi de palete com uma parte de montagem superior 121 e uma parte de montagem inferior 122, cada uma tendo um par de furos 123. O chassi de palete é montado na haste 110 inserindo pinos 124 nos orifícios 123, e o palete pode ser removido a partir da haste 110 levantando-o dos pinos 124. Cada chassi de palete transporta seis segmentos de plataforma 130 dispostos em uma pilha vertical. Cada segmento de plataforma 130 pode acomodar dois AUVs. Os três segmentos de plataforma 130 em cada nível da pilha constituem, em conjunto, uma plataforma que pode acomodar seis AUVs (dois AUVs por segmento de plataforma 130).

[0038] Um mecanismo de transferência 200 mostrado nas Figuras 12-14 é montado no chassi e disposto para carregar e descarregar os AUVs a partir das plataformas. Um dispositivo de transferência 210 é montado em um par de trilhos verticais 220 em um canal entre o par de carrosséis. O dispositivo de transferência 210 pode ser conduzido para cima e para baixo nos trilhos 220 por um parafuso de avanço 221 acionado por um motor elétrico ou hidráulico (não mostrado).

[0039] O dispositivo de transferência 210 suporta um AUV 1a, como mostrado na Figura 12, agarrando o AUV entre uma garra inferior 211 por baixo do AUV e uma garra superior 212 por cima do AUV. As garras 211, 212 são montadas de modo deslizante sobre um quadro de suporte 213 e podem ser acionadas horizontalmente por um motor elétrico ou hidráulico 214 e um par de engrenagens de acionamento 215, 216 entre uma posição retraída mostrada nas Figuras 12, 15, 16, 18 e 19 e uma posição estendida mostrada nas Figuras 17 e 20.

[0040] De modo a descarregar um AUV de uma plataforma, o motor é primeiro operado para rodar o parafuso de avanço 221 e conduzir o dispositivo de transferência 210 até um nível vertical selecionado. O quadro de suporte 213 é rodado (se necessário) em torno de uma haste vertical por um motor (não mostrado) e roda dentada de acionamento 241 de modo que fique de frente para um dos carrosséis 3 a, b selecionado. Assim, por exemplo, na Figura 12 o quadro de suporte 213 está apontando para a esquerda, de modo que está de frente para o carrossel de lado esquerdo da Figura 12, mas pode ser girado por 180° pela roda dentada de acionamento 241 de modo que fique voltada para o carrossel de lado direito da Figura 12. O carrossel selecionado é também rodado na sua haste 110, se necessário, de modo que o segmento de plataforma 130 voltado para o dispositivo de transferência não esteja vazio.

[0041] Cada nível da pilha tem uma proteção associada 250 transportada por um atuador 251 (um solenoide ou carneiro hidráulico). As proteções 250 podem ser movidas individualmente entre uma posição estendida (fechada) e uma posição retraída (aberta). A Figura 12 mostra todas as proteções 250 no lado esquerdo na sua posição estendida (fechada), e todas as proteções 250 no lado direito na sua posição retraída (aberta).

[0042] Quando o dispositivo de transferência 210 atingiu o nível vertical selecionado da pilha e está apontando na direção correta, então a proteção apropriada 250 é retraída. Então, o motor 214 é operado de modo que as garras 211, 212 se movem horizontalmente para a sua posição estendida. A garra inferior 211 compreende um par de braços 211a, b que são recebidos nas fendas 130a, b no segmento de plataforma 130 por baixo do AUV.

[0043] A garra inferior 211 está suspensa em um par de escoras 217 que são montadas telescopicamente dentro das escoras 218 suspensas a partir da garra superior 212. A garra inferior 211 pode ser acionada para cima e para baixo por um atuador 219, e quando faz isso as escoras 217 deslizam para dentro e fora das escoras 218. À medida que as garras 211, 212 se movem horizontalmente para a sua posição estendida, uma pastilha curva 260 contata o lado da AUV como mostrado na Figura 17. O atuador 219 então aciona a garra 211 para cima de modo que o AUV fica preso entre as garras 211, 212.

[0044] Depois do AUV ter sido agarrado, o motor 214 é operado de modo que as garras 211, 212 que transportam o AUV retraem de volta para o canal de transferência. Depois, o quadro de suporte 213 é rodado (se necessário) pela roda dentada de acionamento 241 de modo que fique voltado para a direção de implantação (em vez da direção de recuperação). Em seguida, o parafuso de avanço 221 é rodado para conduzir o dispositivo de transferência 210 que transporta o AUV até o canal de transferência até atingir a posição mostrada nas Figuras 5, 6, 8 e 12.

[0045] Como mencionado acima, o chassi 100 tem dois segmentos 103, 104 na parte superior do chassi para recuperar e implementar os AUVs. Um funil de recuperação 300 (Figura 21) é montado dentro do segmento 103 na frente do dispositivo 2 e um funil de implantação 310 é montado dentro do segmento 104 na parte traseira do dispositivo 2. Cada funil tem uma abertura ampla voltada para fora do dispositivo, e uma abertura estreita voltada para o dispositivo. Assim, como mostrado na Figura 8, o funil de recuperação 300 tem uma abertura voltada para a frente ampla 301 para receber AUVs durante o processo de recuperação da Figura 4, uma abertura voltada para trás estreita 302 para alimentar os AUVs em direção ao dispositivo de transferência 210, e um canal de recuperação 303 entre as aberturas 301, 302. De um modo semelhante, o funil de implantação 300 tem uma abertura voltada para a frente estreita 312 para receber os AUVs a partir do dispositivo de transferência 210, uma abertura voltada para trás ampla 311 para implementar AUVs durante o processo de implantação da Figura 1, e canal de posicionamento 313 entre as aberturas 311, 312.

[0046] Durante o processo de implantação, quando o dispositivo de transferência 210 atingiu a abertura estreita 312 do funil de implantação 300, as garras são liberadas e o AUV é forçado para fora da abertura ampla 311 do funil de implantação pela ação da água que flui através do canal de posicionamento 313. Isto é - o movimento de reboque provoca um fluxo de água através do canal de distribuição 313 do funil de implantação e este fluxo gera uma força motriz que ejeta o AUV para fora do dispositivo. Opcionalmente, o AUV também pode operar seus propulsores para auxiliar sua ejeção a partir do funil de implantação 310.

[0047] Quatro dispositivos de retorno à posição inicial 400, tais como transmissores acústicos, estão dispostos para emitir sinais de retorno 401 (tais como sinais acústicos) que guiam os AUVs para o funil de recuperação 300 durante o processo de recuperação, como mostrado na Figura 4.

[0048] Durante o processo de recuperação, o dispositivo de transferência 210 recebe os AUVs um a um na abertura estreita 302 do funil de recuperação. Em seguida, segura o AUV e o transfere para uma plataforma vazia. Um carrossel selecionado 3a, b é girado, se necessário, de modo que o segmento da plataforma voltado para o dispositivo de transferência esteja vago. A proteção apropriada 250 é então retraída, o motor 214 é operado de modo que as mandíbulas 211, 212 se movam horizontalmente para a sua posição estendida, o AUV é liberado de modo que caia na plataforma e as mandíbulas 211, 212 sejam recolhidas.

[0049] O AUV pode opcionalmente operar seus propulsores como mostrado na Figura 1 para forçá-lo no funil de recuperação 300, ou pode ser estacionário e "engolido" pelo dispositivo rebocado 2. O movimento de reboque provoca um fluxo de água através do canal de recuperação 303 do funil de recuperação que guia o AUV para a abertura estreita 302 do funil de recuperação.

[0050] Quando o dispositivo 2 está cheio, ele é levantado para o convés da embarcação de superfície como mostrado na Figura 3. Dois pares de portas 150 são então abertos como mostrado na Figura 10, e os seis paletes completos são levantados dos seus pinos de montagem 124 e removidos. Seis paletes vazios são então imediatamente carregados no dispositivo 2 que é então submerso e rebocado para recuperar um lote adicional de setenta e dois AUVs.

[0051] Um processo semelhante é seguido durante a implantação. Ou seja: o dispositivo 2 é baixado na água com uma carga útil completa de AUVs, como mostrado na Figura 2; os AUVs são implantados como na Figura 1; o dispositivo vazio 2 é levantado no convés da embarcação de superfície; as portas 150 estão abertas; os seis paletes vazios são retirados dos pinos de montagem e removidos; e seis paletes cheios são então imediatamente carregados no dispositivo 2 que é submerso e rebocado para implantar um lote adicional de setenta e dois AUVs.

[0052] O dispositivo possui quatro hélices 160 montadas em seus quatro cantos e orientados a 45° na direção de reboque. As hélices 160 são usadas para controlar o ângulo de guinada do dispositivo 2 quando é rebocado, de modo a adotar a orientação mostrada nas Figuras 1 e 4. O tirante 12 é anexado ao dispositivo 2 por um braço de reboque 170 que está montado de modo a rodar no chassi em uma articulação 272. Um par de dispositivos de amortecimento 172 atuam no braço 170 para fornecer uma ação de amortecimento. O braço 170 roda em torno da articulação 272, de modo que o dispositivo 2 adota um passo nivelado durante o reboque,como mostrado nas Figuras 1 e 4.

[0053] Resumindo: o dispositivo submersível 2 pode ser usado para implantar e / ou recuperar AUVs. O dispositivo tem dois carrosséis 3 a, b, cada carrossel tendo seis plataformas dispostas em uma pilha vertical, cada plataforma sendo configurada para transportar seis AUVs. Cada plataforma é dividida em três sub-plataformas removíveis 130. O mecanismo de transferência da Figura 12 carrega ou descarrega os AUVs um por um para ou a partir das plataformas usando um dispositivo de transferência 210. As plataformas são empilhadas em uma direção vertical de empilhamento, e um parafuso de avanço 221 do mecanismo de transferência está disposto para mover o dispositivo de transferência 210 na direção de empilhamento vertical para transferir os AUVs entre as plataformas e os funis de implantação e recuperação.

[0054] O dispositivo 2 recebe energia elétrica a partir do tirante 12. Se motores elétricos e atuadores forem usados, eles receberão essa energia diretamente - se forem usados motores e atuadores hidráulicos, o dispositivo 2 terá uma unidade de energia hidráulica que converte a energia elétrica transmitida para o tirante 12 em energia hidráulica.

[0055] Os AUVs 1a-c são ilustrados esquematicamente nas Figuras 8, 12 e 15-17, mas as Figuras 22-30 mostram um exemplar dos AUVs 1a em detalhe. O AUV compreende um corpo com um nariz 371 e uma cauda 370 em extremidades opostas do AUV. O corpo do AUV compreende uma embarcação de pressão cilíndrica 300 (Figura 27) contida dentro de um alojamento formado pelos invólucros superior e inferior 320, 330. A embarcação de pressão 300 contém baterias 302 e três sensores sísmicos 301 orientados ortogonalmente (Figura 25).Propulsores horizontais de bombordo e estibordo 310 a, b são transportados pelo corpo e podem ser operados para impulsionar o AUV para frente e para trás. Um único propulsor vertical 311 é também transportado pelo corpo e pode ser operado para controlar o ângulo de inclinação do AUV e efetuar uma decolagem vertical a partir do fundo do mar, como será descrito em maior detalhe abaixo. Cada propulsor 310 a, b, 311 compreende uma hélice alojada dentro de um duto respectivo.

[0056] A embarcação de pressão e os propulsores estão contidos dentro de um alojamento formado pelos invólucros superior e inferior 320, 330 que se encontram nas bordas respectivas em torno da circunferência do AUV. O invólucro superior 320 forma um copo voltado para baixo e o invólucro inferior 330 forma um copo voltado para cima. Os invólucros 320, 330 juntos proporcionam um casco hidrodinâmico do AUV, incluindo uma cobertura de porta 360 (Figura 23) que cobre o propulsor de porta 310b, uma cobertura de estibordo 361 que cobre o propulsor de estibordo 310a, e uma cobertura vertical 362 que cobre o propulsor vertical 311.

[0057] Os invólucros 320, 330 juntos fornecem três dutos que contêm os três propulsores 310a, b, 311. Um duto vertical 332 (Figura 25) contém o propulsor vertical 311, como mostrado na Figura 25. O duto vertical 332 tem uma abertura 331 no invólucro superior e uma abertura 334 no invólucro inferior, e fornece um canal orientado verticalmente para a água fluir através do propulsor vertical 311 quando está gerando empuxo vertical. O duto vertical 332 é delimitado por uma parede 333 que é circular em secção transversal para a direção de fluxo através do duto. Cada invólucro 320, 330 também tem quatro recessos formados na sua borda onde encontra o outro invólucro, os oito recessos juntos fornecendo quatro aberturas 321-324 para os dutos horizontais de bombordo e estibordo 338, 339 (Figura 29) que contêm os propulsores horizontais. Cada duto horizontal tem uma respectiva abertura dianteira 322, 323 (Figura 22) em uma extremidade dianteira do duto e uma abertura traseira 321, 324 (Figura 28) em uma extremidade traseira do duto. Como mostrado na Figura 29, os dutos horizontais 338, 339 são circulares em seção transversal para a direção de fluxo através do duto. O duto de passagem 338, 323, 324 fornece um canal para a água fluir através do propulsor de bombordo 310b, e o duto de estibordo 339, 321, 322 fornece um canal para a água fluir através do propulsor de estibordo 310a.

[0058] O invólucro inferior 330 inclui um disco 335.O disco 335 atua como uma base para o AUV, com uma superfície externa voltada para baixo substancialmente plana, a qual pode fornecer uma plataforma estável para o AUV quando se encontra em um segmento de plataforma 130 ou o fundo do mar. O invólucro superior inclui um revestimento superior 336 oposto ao disco 335 com uma superfície externa voltada para cima substancialmente plana. Assim, o AUV pode pousar de cabeça para baixo, se necessário. O disco 335 e o revestimento superior 336 também têm faces internas substancialmente planas - isto maximiza o espaço interno do AUV.

[0059] As baterias 302 podem ser movidas em relação ao resto do AUV em uma direção de dianteira para traseira 351 para controlar um ângulo de inclinação do AUV. As baterias 302 deslizam para a frente e para trás em trilhos 305 mostrados nas Figuras 25 e 29. Na Figura 25, as baterias 302 estão posicionadas totalmente na dianteira, mas podem ser movidas para a frente até que encaixem uma placa 306 em direção à frente da embarcação de pressão para reduzir o ângulo de inclinação do AUV. O alcance de viagem das baterias 302 é suficiente para ajustar o passo do AUV de 0° (nível) a 60° (nariz para cima). Quando as baterias estão posicionadas totalmente para trás, como na Figura 25, o ângulo de inclinação é de 60° (com o nariz 371 apontando para cima).

[0060] As baterias são movidas por um sistema de acionamento compreendendo um motor 307 que engata um parafuso de avanço 308, rotação do motor 307 conduzindo o motor 307 e as baterias 302 para a frente e para trás.

[0061] Os propulsores horizontais 310a, b estão espaçados em uma direção de bombordo-estibordo 350 mostrada nas Figuras 23 e 28. Cada propulsor horizontal é orientado para gerar uma força de empuxo em uma direção dianteira- traseira 351 perpendicular à direção bombordo-estibordo 350. Os dutos de bombordo e de estibordo 338, 339 são alinhados paralelamente a essa direção dianteira-traseira 351. O propulsor vertical 311 é orientado para gerar uma força de empuxo em uma direção de altura 352 (Figura 22) perpendicular às direções dianteira-traseira e bombordo-estibordo 350, 351. O duto vertical 332 está alinhado paralelamente a esta direção de empuxo vertical 352.

[0062] Os propulsores horizontais 310a, b são cada reversíveis (isto é, podem ser girados no sentido dos ponteiros do relógio ou no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio) de modo que as suas forças de empuxo possam ser alternadas entre serem direcionadas para a frente e serem direcionadas para trás. Como mostrado na Figura 27, a embarcação de pressão 300 transporta os propulsores horizontais nas escoras 325a, b nos lados de bombordo e estibordo da embarcação de pressão 300. As escoras 325a, b são fixas, de modo que as orientações dos propulsores horizontais 310a, b são fixas em relação à embarcação de pressão e o resto do AUV. Por conseguinte, as suas forças de empuxo não podem ser reorientadas em relação ao resto do AUV em um ângulo a partir da direção dianteira-traseira 351. Os propulsores horizontais 310a, b podem ser acionados em conjunto para conduzir o AUV para a frente ou para trás, ou acionados diferencialmente para controlar seu ângulo de guinada.

[0063] Em uma modalidade alternativa (não mostrada), os propulsores horizontais 310a, b podem ser vetorizados por empuxo como os propulsores em US 7540255 - isto é, as suas forças de empuxo podem ser reorientadas em um ângulo a partir da direção dianteira-traseira (por exemplo, decolagem vertical). No entanto, isso é menos preferido porque os tornaria mais complexos e mais difíceis de cobrir de maneira compacta.

[0064] Um perfil de missão típico para o AUV é mostrado na Figura 31. O AUV tem um centro de gravidade (G) abaixo do seu centro de flutuação (B). Durante implantação (Figura 31a), as baterias 302 são posicionadas totalmente para a frente, de modo que o ângulo de inclinação do AUV é 0°, e os propulsores horizontais geram um empuxo T que pode conduzir o AUV para trás (cauda primeiro) para fora do dispositivo de implantação / recuperação 2 como mostrado na Figura 31b, ou para frente (nariz primeiro). Na descida (Figura 31b) as baterias 302 são movidas para trás, de modo que o ângulo de inclinação do AUV aumenta para 60°, e os propulsores horizontais são operados para gerar um empuxo T que aciona o AUV para trás (cauda primeiro). Ao chegar ao fundo do mar 380 (Figura 1c), as baterias 302 são movidas para a frente, de modo que o ângulo de inclinação do AUV retorna a 0° e o AUV repousa de maneira estável no fundo do mar. Para decolar (Figura 31d), as baterias 302 são movidas para trás e um empuxo vertical T a partir do propulsor vertical 311 faz com que o AUV se eleve e incline o nariz para cima. Na subida (Figura 31e), o propulsor vertical 311 é desligado e os propulsores horizontais geram um empuxo T que empurra o AUV para a frente (nariz primeiro) com a ponta para cima. Finalmente, o AUV é recuperado pelo dispositivo 2, como na Figura 3f, com suas baterias 302 movidas para a frente, de modo que o ângulo de inclinação é 0°.

[0065] O propulsor vertical 311 é posicionado de modo que sua força de empuxo é deslocada para a frente a partir do centro de gravidade (G) e centro de empuxo (B), de modo que, além de ser usado para efetuar a tomada vertical como na Figura 31d também pode ser usado para obter um controle de passo fino. No entanto, este método de controle de passo não é eficiente durante um longo período, daí o uso de uma massa móvel (neste caso, as baterias 302) como um método mais eficiente de controlar o passo estacionário do AUV durante a descida e subida. A massa móvel permite que o centro de gravidade seja movido próximo ao centro (passo nivelado) para implantação e recuperação (Figuras 31a, f) e quando o AUV estiver no fundo do mar (Figura 31c). Ter o centro de gravidade central no fundo do mar significa que o braço de momento agindo sobre o AUV a partir das correntes oceânicas é o mesmo, independentemente da direção da corrente oceânica.

[0066] O AUV é projetado para viajar de forma eficiente tanto para frente quanto para trás. Se este não fosse o caso, o AUV precisaria ser capaz de ajustar sua inclinação de -60° a 60° durante uma missão, em vez de 0° a 60°. Isso aumentaria a quantidade de espaço necessário para o sistema de massa móvel e, portanto, aumentaria o comprimento máximo anterior do AUV.

[0067] O AUV inclui um sistema de controle de flutuabilidade (não mostrado) para controlar sua flutuabilidade durante a missão. O sistema de controle de flutuabilidade é, de um modo preferido, alojado no espaço entre a embarcação de pressão 300 e os invólucros superior e inferior 320, 330. O sistema de controle de flutuabilidade pode ser, por exemplo, um sistema ativo que é operado para tornar o AUV neutramente flutuante durante a implantação / recuperação (Figuras 31a, f), negativamente flutuante durante a descida (Figura 31b) e durante um levantamento sísmico (Figura 31c), e positivamente flutuante durante a subida (Figura 31e).

[0068] A Figura 30 é uma vista esquemática de um sistema de controle para controlar os propulsores e a massa móvel. A embarcação de pressão 300 contém um controlador 390 que é programado para controlar autonomamente os propulsores 310a, 310b, 311 e o motor 307 de modo a seguir o perfil de missão mostrado na Figura 31. Isto é, o controlador 390 é disposto para operar os propulsores horizontais para gerar empuxo para a frente para conduzir o AUV para a frente com o nariz de frente durante a subida, e também disposto para operar os propulsores para gerar empuxo invertido para conduzir o AUV para trás com a cauda de frente durante a descida. As baterias 302 fornecem energia aos propulsores 310a, 310b, 311 e ao motor 307.

[0069] O AUV tem um comprimento máximo L na direção dianteira-traseira como mostrado nas Figuras 23 e 24. O nariz 371 e a cauda 370 nas extremidades opostas do AUV estão espaçados na direção longitudinal anterior 351 por este comprimento máximo L. Cada propulsor horizontal está alojado dentro de um respectivo duto horizontal 338, 339 com uma abertura do duto anterior 322, 323 em uma extremidade anterior do duto e uma abertura de duto posterior 321, 324 em uma extremidade posterior do duto. Cada duto horizontal fornece um canal para a água fluir através do seu propulsor respectivo na direção longitudinal anterior durante o funcionamento do propulsor. O motor 307 move as baterias 302 em relação ao corpo (para frente ou para trás) para controlar um passo do AUV. O AUV tem um plano médio dianteira-traseira 372 (mostrado nas Figuras 24 e 31a) que é perpendicular à direção dianteira-traseira 351 e fica a meio caminho entre o nariz 371 e a cauda 370. O plano médio 372 é também uma bissetriz perpendicular de uma linha dianteira-traseira entre o nariz e a cauda.

[0070] As hélices dos propulsores horizontais são posicionadas neste plano médio 372, e o plano médio 372 também passa por ambos os dutos horizontais 338, 339 como mostrado na Figura 29 (que é uma seção transversal tomada ao longo do plano médio 372). Esta posição no meio da embarcação dos propulsores horizontais (e seus dutos associados) permite que eles operem de forma relativamente eficiente, quer estejam conduzindo o AUV para frente ou para trás.

[0071] Embora os propulsores horizontais 310a, b estejam posicionados simetricamente (isto é, no plano médio 372) os propulsores horizontais 310a, b em si não são simétricos e são mais eficientes quando dirigem uma força de empuxo que move o AUV para a frente. Uma vez que eles devem superar a gravidade quando o AUV está ascendendo, os propulsores horizontais são, portanto, usados para conduzir o AUV para frente quando está subindo e para trás quando está descendo (e não vice-versa).

[0072] Em uma modalidade alternativa, os propulsores horizontais 310a, b podem ser posicionados na direção da cauda do veículo, ou podem ser acionados de modo que se movam para o nariz ou cauda do veículo, dependendo da direção do percurso. Embora essas posições de propulsão sejam mais eficientes, os propulsores seriam mais difíceis de cobrir e precisariam se projetar a partir do corpo do AUV.

[0073] O propulsor vertical 311 também é reversível (isto é, pode ser girado no sentido horário ou anti-horário), de modo que sua força de empuxo pode ser alternada entre a direção para cima e para baixo. No entanto, funciona mais eficientemente quando o empuxo é direcionado para cima para impulsionar o nariz do AUV para cima, como na Figura 3d, para efetuar a decolagem vertical do fundo do mar. Como mostrado na Figura 27, a embarcação de pressão 300 transporta o propulsor vertical em uma escora 326 na extremidade dianteira da embarcação de pressão 300. O amortecedor 326 é fixo, de modo que a orientação do propulsor vertical 311 é fixa em relação à embarcação de pressão 300 e o resto do AUV. Portanto, sua força de empuxo não pode ser reorientada em um ângulo a partir da direção vertical 352.

[0074] Em uma modalidade alternativa (não mostrada), o propulsor vertical 311 pode ser vetorizado por empuxo - isto é, sua força de empuxo pode ser reorientada em um ângulo a partir da direção vertical em relação à embarcação de pressão 300 e o resto do corpo do AUV. No entanto, isso é menos preferido porque tornaria mais difícil de cobrir compactamente.

[0075] A forma geral do AUV é um disco circular, e vários aspectos significativos de sua forma serão agora discutidos.

[0076] As coberturas de bombordo e estibordo 360, 361 têm um perfil externo planiforme convexo quando vistas de cima na direção de altura como na Figura 23. Similarmente, a cobertura vertical 362 na cauda do AUV tem um perfil externo planiforme convexo quando vista de cima na direção de altura como na Figura 23.

[0077] Como pode ser visto na Figura 23, o AUV (incluindo as coberturas 360, 361, 371) tem um perfil externo planiforme substancialmente circular quando visto de cima na direção de altura, exceto onde os invólucros 320, 330 são cortados para fornecer as aberturas para os propulsores horizontais (essas regiões cortadas apresentam um perfil planiforme plano reto, conforme indicado na Figura 23 em 365, em vez de um perfil planiforme plano circular).

[0078] Como também pode ser visto na Figura 23, o AUV tem um comprimento máximo L na direção dianteira-traseira que é aproximadamente igual a sua largura máxima W na direção bombordo-estibordo. Em outras palavras, a relação de aspecto de comprimento / largura (L / W) do AUV é aproximadamente um. Esta relação de aspecto oferece várias vantagens. Em primeiro lugar - permite que os AUVs sejam empacotados juntos eficientemente quando são armazenados no dispositivo de implantação / recuperação 2, no convés da embarcação de superfície 10, ou em outro local de armazenamento. Em segundo lugar - permite que o AUV seja girado facilmente em torno de uma haste vertical em um espaço confinado. Assim, o AUV pode ser rodado sem ser removido do palete da Figura 11 no convés da embarcação de superfície, a fim de o colocar na orientação correta para conectar um cabo de carregamento a uma tomada de carregamento (não mostrada) no lado do AUV. Também permite que o AUV gire dentro do espaço confinado da extremidade fina do funil de implantação 310 durante a implantação subaquática - operando seus propulsores horizontais diferencialmente para orientá-lo na direção correta com seu nariz ou cauda apontando para fora do funil de implantação. Em terceiro lugar, quando o AUV chega ao fundo do mar, pode pousar em qualquer orientação, independentemente da direção das correntes oceânicas. Isso pode ser contrastado com um AUV com maior relação de aspecto (L >> W) que apresentaria um perfil de arrasto mais alto para as correntes de largura (bombordo-estibordo) do que para as correntes de comprimento (dianteira-traseira) e, portanto, deveria pousar com o seu comprimento correndo em paralelo com as correntes oceânicas para evitar que seja perturbado por elas durante o levantamento sísmico.

[0079] Observe que o AUV não possui partes salientes, como aletas, superfícies de controle, propulsores, etc., que projetam a partir do lado, frente ou trás do corpo do AUV. Qualquer dessas partes salientes pode quebrar durante a operação do AUV. Se tais partes salientes forem incluídas em uma modalidade alternativa, então a relação de aspecto de comprimento para largura (L / W) do AUV - incluindo as partes salientes - pode desviar-se da unidade por até 20%. Por outras palavras, em uma tal modalidade alternativa, 0,8 < L / W < 1,2. Alternativamente, o AUV pode permanecer sem partes salientes, mas ser moldado com um perfil plano mais alongado.

[0080] O AUV tem uma altura relativamente pequena em relação ao seu comprimento e largura. Em outras palavras, o AUV tem uma altura máxima H na direção de altura, e a largura máxima (W) e o comprimento máximo (L) são ambos maiores que a altura máxima H. Assim, com referência à Figura 22, o AUV tem uma altura máxima H entre o disco 335 na base do AUV e o revestimento superior 336, uma largura mínima W entre as extremidades de bombordo e estibordo das coberturas 360, 361, e a relação de aspecto de largura para altura (W / H) é aproximadamente 2,1. Da mesma forma, com referência à Figura 24, o AUV tem um comprimento máximo L entre o nariz 371 e a cauda 370, e a relação de aspecto de comprimento / altura (L / H) é aproximadamente 2,1. Esta altura relativamente pequena fornece o benefício de apresentar arrasto relativamente baixo às correntes oceânicas quando o AUV está estacionado no fundo do mar, e também torna menos provável que seja perturbado no fundo do mar por redes de arrasto e dragas.

[0081] Note que o AUV não tem partes salientes, como aletas, superfícies de controle, propulsores, etc., que se projetam a partir da parte superior ou inferior do corpo do AUV. Qualquer dessas partes salientes pode quebrar durante a operação do AUV. Se tais partes salientes forem incluídas em uma modalidade alternativa, então a altura - incluindo as partes salientes - pode aumentar, pelo que as relações de aspecto L / H e W / H podem reduzir para um valor tão baixo quanto 1,5. Alternativamente, o AUV pode permanecer sem partes salientes, mas ser moldado com um perfil mais elevado.

[0082] O corpo 300, 320, 330 do AUV, e preferivelmente o AUV como um todo (isto é, incluindo quaisquer coberturas, carenagens, aletas, superfícies de controle, propulsores ou outras partes salientes) tem um perfil externo planiforme (isto é, um perfil externo, quando visto de cima, como na Figura 23), com duas linhas de simetria: uma linha de simetria dianteira-traseira correndo entre o nariz 371 e a cauda 370, e uma linha de simetria bombordo-estibordo correndo entre as coberturas 360, 361. Isso fornece um perfil hidrodinâmico simétrico com características similares de arrasto, independentemente de o AUV estar se movendo para frente ou para trás.

[0083] De modo semelhante, o corpo 300, 320, 330 do AUV e, de preferência, o AUV como um todo (isto é, incluindo quaisquer coberturas, carenagens, aletas, superfícies de controle, propulsores ou outras partes salientes) tem um perfil externo quando visto de lado (como na Figura 24) com pelo menos duas linhas de simetria: uma linha de simetria dianteira-traseira 373 mostrada na Figura 31a correndo entre o nariz 371 e a cauda 370, e uma linha de simetria vertical correndo verticalmente de cima para baixo (no plane médio 372). Isso também fornece um perfil hidrodinâmico simétrico com características de arrasto semelhantes, independentemente do AUV estar se movendo para frente ou para trás.

[0084] As aberturas 321-324 nos dutos horizontais têm bordas periféricas que são varridas por 45° em relação à direção bombordo-estibordo (como pode ser visto pelo ângulo de 45° da linha 365 na Figura 23) de modo que são visíveis em torno de sua circunferência total quando vistos na direção bombordo-estibordo, como na Figura 24. Similarmente, as aberturas superior e inferior do duto vertical têm bordas periféricas que se encontram em um ângulo para a direção dianteira-traseira, de modo que são visíveis ao redor de toda a sua circunferência quando vistas na direção dianteira- traseira, como na Figura 22.

[0085] Embora a invenção tenha sido descrita acima com referência a uma ou mais modalidades preferidas, será apreciado que podem ser feitas várias alterações ou modificações sem sair do âmbito da invenção, como definido nas reivindicações anexas.

Claims (15)

1. Método de implantação de veículos subaquáticos autônomos (AUVs) , o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende carregar os AUVs (1a, 1b, 1c) para um dispositivo (2) de implantação; submergir o dispositivo de implantação contendo os AUVs após os AUVs terem sido carregados no dispositivo de implantação; rebocar o dispositivo de implantação submerso contendo os AUVs com uma embarcação de superfície (10); implantar os AUVs a partir do dispositivo de implantação submerso quando este é rebocado pela embarcação de superfície; e operar um propulsor (310a, 310b) de cada AUV depois que ele foi implantado, para que ele se afaste do dispositivo de implantação submerso.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os AUVs (1a, 1b, 1c) são implantados um a um a partir do dispositivo (2) de implantação submerso quando este é rebocado pela embarcação de superfície (10).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo (2) de implantação compreende uma porta de implantação (104), e cada AUV (1a, 1b, 1c) é implementado transferindo o AUV para a porta de implantação com um mecanismo de transferência (200), e implementando o AUV a partir da porta de implantação.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o movimento de reboque provoca um fluxo de água através de um canal de implantação (313) do dispositivo (2), e este fluxo gera uma força motriz que ajuda a ejetar o AUV (1a, 1b, 1c) para fora do dispositivo.

5. Método de recuperar veículos subaquáticos autônomos (AUVs) , o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende rebocar um dispositivo (2) de recuperação submerso com uma embarcação de superfície (10); carregar os AUVs (1a, 1b, 1c) para o dispositivo de recuperação submerso quando este é rebocado pela embarcação de superfície; e depois dos AUVs terem sido carregados no dispositivo de recuperação submerso, elevar o dispositivo de recuperação submerso contendo os AUVs para fora da água e para a embarcação de superfície.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que os AUVs (1a, 1b, 1c) são carregados um a um no dispositivo (2) de recuperação submerso quando este é rebocado pela embarcação de superfície (10).

7. Método, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda operar um propulsor (310a, 310b) de pelo menos um dos AUVs (1a, 1b, 1c), de modo a entrar em uma zona de recuperação em frente ao dispositivo (2) de recuperação submerso antes de ser carregado para o dispositivo de recuperação submerso.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que cada AUV (1a, 1b, 1c) compreende propulsores (310a, 310b) de bombordo e estibordo, cada propulsor alojado dentro de um duto respectivo.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que cada AUV (1a, 1b, 1c) compreende: propulsores (310a, 310b) de bombordo e estibordo espaçados em uma direção bombordo- estibordo, cada propulsor sendo orientado para gerar uma força de empuxo em uma direção dianteira-traseira perpendicular para a direção bombordo-estibordo; um propulsor vertical (311) que é orientado para gerar uma força de empuxo substancialmente perpendicular às direções dianteira-traseira e bombordo-estibordo; dutos de bombordo, estibordo e verticais que contêm os propulsores de bombordo, estibordo e verticais, respectivamente, cada duto fornecendo um canal para que a água flua através de seu respectivo propulsor; e uma massa móvel que pode ser movida em relação aos propulsores na direção dianteira-traseira para controlar um passo do AUV.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que cada AUV (1a, 1b, 1c) compreende: um corpo com um nariz (371) e uma cauda (370) em extremidades opostas do veículo subaquático; propulsores (310a, 310b) de bombordo e estibordo transportados pelo corpo, cada propulsor alojado dentro de um respectivo duto, cada duto fornecendo um canal para água fluir através de seu respectivo propulsor durante a operação do propulsor; e um sistema de massa móvel compreendendo uma massa e um atuador para mover a massa em relação ao corpo para controlar um passo do AUV, em que o AUV tem um plano médio que fica a meio caminho entre o nariz e a cauda e passa através de ambos os dutos, e em que os propulsores são reversíveis de modo a poderem ser operados para gerar empuxo para a frente para conduzir o veículo subaquático para a frente com o nariz de frente e operado para gerar empuxo invertido para conduzir o veículo subaquático para trás com cauda de frente.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda carregar os AUVs (1a, 1b, 1c) em um carrossel quando os AUVs são carregados no dispositivo (2) de implantação e transferir os AUVs a partir do carrossel para serem implementados a partir do dispositivo de implantação.

12. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda carregar os AUVs (1a, 1b, 1c) em um carrossel quando os AUVs são carregados no dispositivo de recuperação.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que as hélices (160) são usadas para controlar um ângulo de guinada do dispositivo (2) quando este é rebocado.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo (2) compreende um chassi (100), e um tirante (12) é anexado ao dispositivo (2) por um braço de reboque (170) que está montado de modo a rodar no chassi (100) em uma articulação (272).

15. Dispositivo (2) submerso, CARACTERIZADO por ser configurado para implantar e recuperar veículos subaquáticos autônomos quando este é rebocado pela embarcação de superfície, o dispositivo (2) submerso compreendendo hélices (160) que são usadas para controlar um ângulo de guinada do dispositivo (2) quando este é rebocado.

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