ES2326283T3 - Flotador. - Google Patents

Abstract

Boya dotada de superficies hidrodinámicas que, cuando la boya se remolca a través del agua por una cuerda (17), generan fuerzas para mantener la boya a una profundidad controlada, caracterizada porque la superficie hidrodinámica comprende primeras y segundas superficies hidrodinámicas (15, 16) fijas, generando la primera superficie hidrodinámica (15) una fuerza descendente que se reduce a medida que aumenta la velocidad a través del agua, y generando la segunda superficie hidrodinámica (16) una fuerza ascendente que aumenta a medida que aumenta la velocidad a través del agua, de modo que la boya se sumerge hasta una velocidad crítica superior a través del agua y emerge más allá de dicha velocidad crítica superior a través del agua.

Description

Flotador.

Campo técnico

Esta invención se refiere a una boya adaptada para utilizarse de modo que flota en la superficie del agua y es apta para ser recuperada por una embarcación submarina.

La flotabilidad natural de una boya generará una fuerza ascendente que tenderá a devolverla a la superficie una vez sumergida. La tensión en una cuerda usada para recuperar una boya creará una fuerza descendente pero puede no ser suficiente para sumergir la boya completamente o mantenerla a una profundidad adecuada.

El documento US5642330 da a conocer una boya remolcada por debajo de la superficie por un submarino a una profundidad controlada por aletas móviles en la boya. Se mide el ángulo de los dos cables con respecto a la boya y la tensión en el cable de cuerda, para proporcionar una indicación de corrientes de agua y remolinos o similar.

Descripción de la invención

Según la presente invención, una boya está dotada de primeras y segundas superficies hidrodinámicas fijas de modo que, cuando se remolca la boya a través del agua por una cuerda, la primera superficie hidrodinámica genera una fuerza descendente que se reduce a medida que aumenta la velocidad a través del agua, y la segunda superficie hidrodinámica genera una fuerza ascendente que aumenta a medida que aumenta la velocidad a través del agua, de manera que la boya se sumerge cuando va a través del agua a una velocidad inferior a una velocidad crítica superior y emerge cuando va a través del agua a una velocidad por encima de dicha velocidad crítica superior. La boya puede fabricarse por tanto para hundirse o emerger según la velocidad de remolque y controlar así su profundidad. La velocidad de remolque será una combinación de la velocidad de la embarcación submarina y la velocidad de un torno sobre la embarcación que arrolla la cuerda para recuperar la boya, y por tanto, ambas deben monitorizarse para controlar la profundidad de la boya durante la recuperación. Suponiendo una velocidad de embarcación constante, la velocidad del torno es el único parámetro de control, la cual es necesario modificar para producir cualquier trayecto de recuperación de la boya a través del agua. Por ejemplo, la boya podría fabricarse para sumergirse rápidamente por una velocidad del torno inicial elevada y entonces mantenerse dentro de un rango predeterminado de profundidades mediante la modificación de la velocidad del torno con respecto a la velocidad crítica superior a través del agua a la que se compensan las fuerzas verticales.

La flotabilidad de la boya hará que flote en la superficie y hará que emerja del agua cuando se remolca, hasta que la fuerza ascendente sea superada por la fuerza descendente de la primera superficie hidrodinámica, a una velocidad crítica inferior a través del agua por encima de la que se sumerge la boya. Así, la profundidad de la boya puede controlarse mediante el control de la velocidad a través del agua con respecto a las velocidades críticas inferior o superior a través del agua.

Las superficies hidrodinámicas comprenden preferiblemente una aleta o aletas montadas en la carcasa exterior de la boya. El ángulo de las aletas con respecto a la dirección de remolque determinará las características hidrodinámicas de la boya cuando se remolca. La conexión del remolque se ubica preferiblemente en el extremo inferior de la boya. La boya tiene preferiblemente un perfil suavemente redondeado para reducir fuerzas de resistencia al avance cuando se remolca y, en un ejemplo, ello implica el uso de un carenado para encerrar otras estructuras de la boya que producirían una resistencia al avance. El perfil de la boya puede actuar como una superficie hidrodinámica que genera una fuerza descendente que se reduce con la velocidad a través del agua.

La primera superficie hidrodinámica puede comprender una aleta o unas aletas que están dispuestas con un ángulo de inclinación respecto de la carcasa de la boya para generar dicha fuerza descendente y para reducir el ángulo de inclinación, ya que la boya se alinea con la dirección de remolque a medida que aumenta la velocidad a través del agua. La segunda superficie hidrodinámica puede comprender una aleta o unas aletas dispuestas con un ángulo de inclinación respecto de la carcasa de la boya para generar dicha fuerza ascendente y para aumentar el ángulo de inclinación, ya que la boya se alinea con la dirección de remolque a medida que aumenta la velocidad a través del agua. Preferiblemente, las primeras y segundas superficies hidrodinámicas están formadas como aletas traseras y delanteras, respectivamente, en las direcciones de remolque, y las corrientes de vórtice generadas por las aletas delanteras pueden aumentar la fuerza descendente de las aletas traseras.

La segunda superficie hidrodinámica que genera dicha fuerza ascendente está dispuesta preferiblemente formando un ángulo de incidencia elevado, de modo que crea un estado de corriente en pérdida a dicha velocidad crítica superior a través del agua. Por debajo de esta velocidad crítica superior a través del agua, la segunda superficie hidrodinámica aún puede generar una fuerza ascendente en un ángulo de incidencia inferior cuando prevalece un estado de corriente adherida.

La carcasa de la boya comprende preferiblemente un cuerpo cilíndrico que contiene un equipo eléctrico, y una parte superior semiesférica que tapa el extremo superior del cilindro y sirve como cúpula de radar, y una parte inferior semiesférica que tapa el extremo inferior del cilindro y soporta un elemento alargado que se extiende hacia abajo y lleva una masa en su extremo inferior. La masa inferior sirve para bajar el centro de gravedad de la boya de modo que esté por debajo del centro de flotabilidad. La boya flota entonces de manera vertical y tiene una buena estabilidad de balanceo. Si se prevé un carenado alrededor del elemento que se extiende hacia abajo y de la masa, encerrará asimismo una masa de agua, que también aumentará la estabilidad de superficie. En una realización preferida, la masa inferior adopta la forma de un núcleo de inducción a través del que puede cargarse una batería en la boya mediante acoplamiento inductivo con una fuente de alimentación externa a través de un sistema de atraque con el que atraca el extremo inferior de la boya una vez recuperada.

Descripción de los dibujos

La invención se describirá ahora a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos:

la Fig. 1 muestra una vista en alzado lateral externo de una boya según la invención que flota en la superficie del mar;

la Fig. 2 muestra una vista en alzado lateral externo de la boya de la Fig. 1 que está remolcada por debajo de la superficie del mar;

la Fig. 3 es una vista en perspectiva externa de la boya de la Fig. 1;

la Fig. 4 es una vista en sección de la boya de la Fig. 1 que muestra los principales componentes internos;

la Fig. 5 es una vista esquemática de la boya de la Fig. 1 que muestra el centro de flotabilidad, el centro de gravedad y el punto de remolque; y

la Fig. 6 es un gráfico de la velocidad de remolque con respecto a la fuerza vertical para una boya según la Fig. 1.

Modo de llevar a cabo la invención

La boya ilustrada en la Fig. 1 comprende una cámara de flotación 1 que contiene un equipo eléctrico para transmitir y recibir señales de radio. El flotador está compuesto por un elemento cilíndrico 2 tapado en la parte superior e inferior por una tapa semiesférica 4, 3 para formar un recipiente de presión robusto. El equipo interior incluye una antena 5 ubicada en el extremo superior del flotador 1 dentro de la tapa semiesférica superior 4; la tapa 4 actúa como una cúpula de radar.

Una barra 6 está conectada a la tapa semiesférica inferior 3 y sobresale hacia abajo desde la misma coaxialmente con el flotador 2 y lleva una masa 7 en su extremo inferior. La finalidad de la masa 7 es bajar el centro de gravedad de la boya de modo que queda por debajo del centro de flotabilidad y aumenta así la estabilidad de superficie del flotador. Esta disposición se ilustra de manera esquemática en la Fig. 5, que muestra el centro de gravedad 8 y el centro de flotabilidad 9. La magnitud de la masa se selecciona en relación con la masa de los otros componentes de la boya, pero la masa global se mantiene lo más baja posible para proporcionar suficiente francobordo (es decir, de altura de la boya flotante por encima de la línea de flotación estacionaria), y para permitir un comportamiento de oscilación vertical adecuado. Si la distancia entre el centro de gravedad y el centro de flotabilidad 9 es demasiado grande, la boya se hundirá en las olas y la profundidad perjudicará el buen rendimiento de la radio. Una distancia reducida entre los centros 8, 9 aumentará la guiñada y balanceo, pero esto también aumenta la resistencia al avance vertical en el agua y por tanto la resistencia al hundimiento y le confiere un comportamiento de oscilación vertical mejorado.

La propia masa 7 comprende un núcleo de inducción eléctrica 10 que forma parte de un circuito de carga dentro de la boya. El extremo inferior 11 de la boya tiene forma de cono y está adaptado para atracar con un receptor en forma de taza de un sistema de atraque en una embarcación de remolque submarina (no mostrada). Cuando la boya atraca con el sistema de atraque, se crea un acoplamiento inductivo magnético a través del que puede cargarse una batería 12 dentro de la boya. La previsión de un cargador inductivo de este tipo evita la necesidad de prever un conductor de suministro de potencia por dentro de la cuerda, reduciendo de este modo el diámetro de la cuerda y la consiguiente resistencia al avance.

Un carenado 13 de sección decreciente está previsto alrededor de la barra 6 para proporcionar una superficie externa suave continua que se extiende desde el flotador 1 hasta el cono de atraque 11 en el extremo inferior. El carenado 13 está abierto para la entrada de agua de mar y por tanto se llena en funcionamiento con agua de mar. El agua de mar encerrada aumenta los momentos de inercia de la masa de la boya, lo que ayuda adicionalmente a mejorar la estabilidad de superficie.

Un punto de remolque 14 está previsto en el extremo inferior de la boya para la conexión de una cuerda 17.

La boya también incorpora aletas en su superficie exterior que sirven para controlar la profundidad de la boya cuando se remolca a través del agua para ser recuperada por la embarcación de remolque submarina. Las aletas, tal como se muestra en la Fig. 3, comprenden cuatro aletas 15 separadas equiangularmente en el cilindro 2 que se desplazan de manera paralela al eje de cilindro. Las aletas no están conectadas a la cúpula de radar 4 y terminan a una distancia suficiente con respecto a la cúpula de radar para evitar que afecte al rendimiento de RF de la boya. Las aletas 15 sirven para alinear la boya generalmente a lo largo de la línea de la cuerda cuando la boya está remolcándose a través del agua. Las aletas 15 se oponen a la rotación, y las aletas alineadas horizontalmente crean una fuerza descendente hidrodinámica sobre la boya.

Para mejorar la estabilidad de balanceo de la boya cuando se remolca, la más baja de las aletas 15 puede alargarse para actuar como un timón, y el centro de gravedad 8 puede desplazarse hacia abajo desde la línea central hacia la aleta inferior. Asimismo, para aumentar la estabilidad, las aletas 15 que sobresalen lateralmente pueden inclinarse hacia abajo ligeramente hacia sus puntas.

Un par adicional de aletas 16 están fijadas al carenado 13 hacia el extremo inferior de la boya. Cada una de estas aletas 16 está dispuesta en ángulo con respecto al plano radial de la boya para generar una fuerza elevadora hidrodinámica a medida que la boya es remolcada a través del agua. Las dos aletas 16 están dispuestas como imágenes especulares una con respecto a la otra en lados opuestos del carenado 13, y cada una está alineada con una respectiva aleta 15. Se produce una acción hidrodinámica adicional debido a que las aletas 16 crean vórtices en el agua, que aumentan la fuerza descendente de las aletas 15 aguas abajo de las aletas 16.

El efecto de remolcar la boya en el agua se ilustra en la Fig. 6, en la cual se aprecia la fuerza vertical neta ejercida sobre la boya con respecto a la velocidad de remolque. Esto muestra que la boya tiene dos velocidades de remolque críticas V1, V2 en las que la fuerza vertical que resulta de la flotabilidad de la boya, la tensión en la cuerda y las fuerzas hidrodinámicas se compensan entre sí. Entre estas velocidades de remolque críticas, hay una fuerza descendente vertical neta que actúa sobre la boya que hace que se sumerja. La flotabilidad permanece constante pero las fuerzas hidrodinámicas varían a medida que aumenta la velocidad, ya que la boya adapta una posición más horizontal. Por fuera del intervalo comprendido entre estas velocidades de remolque críticas V1, V2, se ejerce una fuerza ascendente vertical neta sobre la boya que hará que emerja del agua. Podrá apreciarse fácilmente a partir de la característica en la Fig. 6, que la profundidad de la boya en el agua puede controlarse mediante la regulación de la velocidad de remolque. Por tanto, la velocidad de arrollado de un torno en un vehículo submarino que remolca la boya se controla de modo que la velocidad de remolque, tras tener en cuenta la velocidad de la embarcación de remolque, se mantiene a o cerca de las velocidades de remolque críticas V1, V2. La ley de control real usada para regular la velocidad de remolque puede variar dependiendo del trayecto de recuperación requerido de la boya. La boya puede fabricarse para sumergirse rápidamente desde un modo de flotación, tal como se muestra en la Fig. 1, mediante un aumento rápido de la velocidad de remolque, y después puede mantenerse dentro de un rango de profundidades aumentando o disminuyendo la velocidad de remolque con respecto a una de las velocidades de remolque críticas.

Preferiblemente, la boya incorpora un sensor de profundidad y se transmiten mediciones de profundidad a la embarcación de remolque, que se usan en el proceso de control para regular la profundidad de la boya.

En una instalación típica en la que un torno recupera la boya a una velocidad de 2 m/segundo y en la que un vehículo submarino puede operar a velocidades de entre 0 y 4 m/segundo, la velocidad de la boya a través del agua varía desde 2 hasta 6 m/segundo. La boya está diseñada por tanto de modo que tiene una velocidad inferior crítica a través del agua de 2 m/segundo, por encima de la cual se sumerge; una velocidad superior crítica a través del agua de 6 m/segundo, por debajo de la cual se sumerge y por encima de la cual emerge, y la boya se recupera a o marginalmente por encima de una velocidad de 6 m/segundo.

A la velocidad de recuperación de 6 m/segundo, la elevación de la segunda superficie hidrodinámica formada por las aletas delanteras se maximiza bajo estados de corriente en pérdida, y cuando la velocidad de recuperación se reduce en las etapas finales de recuperación, las aletas delanteras aún generan una elevación bajo estados de corriente adherida para minimizar la profundidad de la boya por debajo del punto de remolque en el vehículo submarino. Normalmente, el punto de remolque está a 2 metros por encima de la estructura del vehículo submarino y determina el grado en el que se permite que la boya se sumerja a la velocidad de recuperación reducida final. Normalmente, la velocidad de recuperación reducida se aplica durante la recuperación de los últimos 5 metros de la cuerda.

Claims (17)

1. Boya dotada de superficies hidrodinámicas que, cuando la boya se remolca a través del agua por una cuerda (17), generan fuerzas para mantener la boya a una profundidad controlada, caracterizada porque la superficie hidrodinámica comprende primeras y segundas superficies hidrodinámicas (15, 16) fijas, generando la primera superficie hidrodinámica (15) una fuerza descendente que se reduce a medida que aumenta la velocidad a través del agua, y generando la segunda superficie hidrodinámica (16) una fuerza ascendente que aumenta a medida que aumenta la velocidad a través del agua, de modo que la boya se sumerge hasta una velocidad crítica superior a través del agua y emerge más allá de dicha velocidad crítica superior a través del agua.

2. Boya según la reivindicación 1, en la que la fuerza descendente de la primera superficie hidrodinámica (15) supera la flotabilidad de la boya a una velocidad crítica inferior a través del agua (V1), por encima de la que la boya se sumerge.

3. Boya según la reivindicación 1 ó 2, en la que la superficie hidrodinámica (15) comprende una primera aleta o unas primeras aletas montadas en una carcasa exterior (1) de la boya.

4. Boya según la reivindicación 3, en la que la primera aleta o aletas (15) están separadas angularmente alrededor de la carcasa (1) y se extienden de manera paralela a un eje central de la boya que, cuando se remolca, está sustancialmente alineado con la dirección de remolque.

5. Boya según la reivindicación 3 ó 4, en la que la segunda superficie hidrodinámica comprende una segunda aleta o unas segundas aletas (16) montadas en una carcasa exterior dispuesta aguas arriba de la primera aleta o las primeras aletas (15) en la dirección de remolque.

6. Boya según la reivindicación 5, en la que la segunda aleta o las segundas aletas (16) generan vórtices que aumentan la fuerza hidrodinámica ejercida sobre la primera aleta o las primeras aletas (15).

7. Boya según la reivindicación 5 ó 6, en la que la segunda aleta o las segundas aletas (16) comprenden un par de aletas dispuestas como imagen especular de una respecto de la otra en lados radialmente opuestos de la carcasa exterior (1).

8. Boya según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la segunda superficie hidrodinámica (16) está dispuesta con un ángulo de incidencia tal que crea una condición de corriente en pérdida a dicha velocidad crítica superior a través del agua (V2).

9. Boya según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la boya flota en la superficie de manera vertical y está dotada de un punto de remolque (14) en su extremo inferior.

10. Boya según la reivindicación 9, en la que su centro de gravedad (8) está ubicado por debajo de su centro de flotabilidad (9).

11. Boya según la reivindicación 9 ó 10, en la que la boya comprende una cámara de flotación (2) adaptada para contener un equipo eléctrico para transmitir o recibir señales de radio, y un elemento alargado (6) que se extiende hacia abajo desde la cámara de flotación (2) coaxialmente con la misma y lleva una masa (7) en su extremo
inferior.

12. Boya según la reivindicación 11, en la que está dispuesto un carenado (13) que rodea el elemento alargado (6) y forma una superficie sustancialmente continua con la boya para reducir la resistencia al avance cuando se remolca en el agua.

13. Boya según la reivindicación 12, en la que el carenado (13) permite la entrada de agua en la misma.

14. Boya según la reivindicación 11, 12 ó 13, en la que la masa (7) comprende un núcleo de inducción eléctrica (10) que forma parte de un circuito de carga dentro de la boya.

15. Boya según la reivindicación 14, en la que el extremo inferior (11) de la boya está adaptado para atracar con un receptor de un sistema de atraque en una embarcación de recuperación que remolca la boya.

16. Procedimiento para controlar la profundidad de una boya cuando se remolca a través del agua, en el que la boya se dota de una superficie o de unas superficies hidrodinámicas que generan fuerzas para controlar la profundidad, caracterizado porque la superficie o superficies hidrodinámicas (15, 16) se dotan de una orientación fija de modo que, cuando se remolca la boya, se ejerce una fuerza vertical neta sobre la misma que depende de la velocidad de remolque y cae hasta cero a una velocidad de remolque predeterminada, controlándose la velocidad de remolque con referencia a dicha velocidad de remolque predeterminada para controlar la profundidad de la boya.

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17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que la fuerza vertical neta cae hasta cero en cada una de dos velocidades de remolque diferentes (V1, V2) y actúa hacia abajo entre dichas velocidades de remolque y hacia arriba fuera del tramo comprendido entre dichas velocidades de remolque, controlándose la velocidad de remolque con referencia a cada una de dichas velocidades de remolque predeterminadas.