ES2823928B2 - UNMANNED UNDERWATER VEHICLE - Google Patents
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Description
DESCRIPCI NDESCRIPTION
VEHÍCULO SUBACUÁTICO NO TRIPULADOUNMANNED UNDERWATER VEHICLE
Sector de la técnicaTechnical sector
La presente invención está relacionada con el sector de los vehículos acuáticos, preferentemente vehículos subacuáticos y más concretamente con los vehículos subacuáticos no tripulados, conocidos como UUV (Unmanned Underwater Vehicles) que son capaces de operar bajo el agua sin ocupante a los mandos. Estos vehículos se utilizan, entre otras aplicaciones, por las empresas del sector petrolero y del gas para reconocer el terreno en el que hay que llevar a cabo prospecciones y/o realizar instalaciones submarinas.The present invention is related to the sector of aquatic vehicles, preferably underwater vehicles and more specifically with unmanned underwater vehicles, known as UUVs (Unmanned Underwater Vehicles) that are capable of operating underwater without an occupant at the controls. These vehicles are used, among other applications, by companies in the oil and gas sector to survey the terrain in which prospecting and/or underwater installations must be carried out.
Estado de la técnicaState of the art
El diseño de vehículos submarinos, a nivel de investigación y también para otras aplicaciones, requiere de una minimización del ruido generado por los mismos, de cara a optimizar su utilidad en dichas aplicaciones. La fuente de ruido principal dentro de este tipo de sistemas se encuentra habitualmente en los sistemas de propulsión, generalmente motores eléctricos o diésel que mueven hélices rotativas o propulsores. Este tipo de sistemas, tanto desde el punto de vista de la hidrodinámica de la hélice, como de su transmisión mecánica y los motores en su versión diésel, llevan a que la nave submarina genere más ruido, sea más fácil de detectar e implique mayores perturbaciones sobre la zona observada.The design of underwater vehicles, at the research level and also for other applications, requires a minimization of the noise generated by them, in order to optimize their usefulness in said applications. The main source of noise within this type of system is usually found in the propulsion systems, generally electric or diesel motors that drive rotating propellers or propellers. This type of system, both from the point of view of the hydrodynamics of the propeller, as well as its mechanical transmission and the engines in its diesel version, lead to the underwater ship generating more noise, being easier to detect and involving greater disturbances. over the observed area.
Otro de los aspectos fundamentales de este tipo de vehículos en su vertiente no tripulada es su sistema de direccionamiento que debe permitir una maniobrabilidad muy precisa y muy segura del vehículo bajo el agua, al no existir un tripulante que pueda llevar a cabo rectificaciones o ajustes en el rumbo y hasta la fecha, los sistemas de direccionamiento conocidos son muy complejos, lo que añade peso al vehículo y le resta fiabilidad. Dichos problemas se dan también en las opciones de vehículo submarino tradicional tripulado.Another of the fundamental aspects of this type of vehicle in its unmanned aspect is its steering system, which must allow a very precise and very safe maneuverability of the vehicle under water, as there is no crew member who can carry out rectifications or adjustments in steering and to date, known steering systems are very complex, which adds weight to the vehicle and makes it unreliable. Such problems also exist in traditional manned underwater vehicle options.
Por otro lado y en el caso de que el vehículo submarino no tripulado cuente con un sistema de almacenamiento de energía basado en baterías eléctricas recargables dispuestas en el interior del cuerpo del vehículo, que suele ser la solución más habitual, el proceso de carga de esas baterías es un aspecto muy relevante y hasta la fecha, las soluciones conocidas, no plantean sistemas que permitan facilitar y agilizar el proceso de carga de dichas baterías destinadas fundamentalmente a alimentar el sistema de propulsión. En efecto las soluciones conocidas requieren que el vehículo salga a la superficie para iniciar dicho proceso de recarga, lo que se traduce en largos tiempos de no operación para el proceso de recarga y en procesos no suficientemente automatizados.On the other hand, and in the event that the unmanned underwater vehicle has an energy storage system based on rechargeable electric batteries arranged inside the body of the vehicle, which is usually the most common solution, the charging process of these batteries is a very relevant aspect and to date, the known solutions do not propose systems that facilitate and speed up the charging process of said batteries intended primarily to feed the propulsion system. In fact, the known solutions require the vehicle to come to the surface to start said recharging process, which translates into long non-operation times for the recharging process and processes that are not sufficiently automated.
Objeto de la invenciónObject of the invention
La invención se refiere a un vehículo subacuático no tripulado, que presenta un sistema de propulsión hidráulico actuado por medio de motores lineales eléctricos que resulta no sólo eficiente, sino más silencioso en comparación con los sistemas de propulsión empleados normalmente en este tipo de vehículos.The invention relates to an unmanned underwater vehicle, which has a hydraulic propulsion system actuated by means of electric linear motors that is not only efficient, but also quieter compared to the propulsion systems normally used in this type of vehicle.
Por ello, el objeto de la invención es un vehículo subacuático no tripulado, el cual comprende un sistema de propulsión mediante la aspiración e impulsión del agua circundante y un sistema de direccionamiento basado en una tobera a través de la cual pasa el agua impelida por el sistema de propulsión, con la particularidad de que esta tobera tiene capacidad de giro y posicionamiento relativo respecto del plano medio longitudinal del vehículo, la aspiración e impulsión del agua circundante se realiza a través de una serie de cilindros hidráulicos que aspiran el agua a través de, al menos, una entrada situada en la superficie exterior de la nave, caracterizado porque en relación con cada cilindro hidráulico existe una válvula antirretorno dispuesta en la salida del cilindro hidráulico hacia la tobera y una válvula antirretorno dispuesta en el pistón del cilindro.For this reason, the object of the invention is an unmanned underwater vehicle, which comprises a propulsion system by means of the suction and impulsion of the surrounding water and a directing system based on a nozzle through which the water propelled by the propulsion system, with the particularity that this nozzle has the capacity to rotate and position itself relative to the longitudinal median plane of the vehicle, the suction and discharge of the surrounding water is carried out through a series of hydraulic cylinders that suck the water through at least one inlet located on the outer surface of the ship, characterized in that in relation to each hydraulic cylinder there is a non-return valve arranged at the outlet of the hydraulic cylinder towards the nozzle and a non-return valve arranged on the piston of the cylinder.
El sistema de propulsión de acuerdo con la invención está compuesto de una serie de cilindros hidráulicos que aspiran el agua circundante, a través de, al menos, una entrada en la superficie exterior de la nave, siendo preferente una configuración en la que hay dispuestas en la superficie tantas entradas como cilindros comprenda el sistema de propulsión.The propulsion system according to the invention is made up of a series of hydraulic cylinders that suck in the surrounding water, through at least one inlet on the outer surface of the ship, a configuration in which there are arranged in the surface as many inputs as cylinders comprise the propulsion system.
En una configuración preferente de la invención, los cilindros hidráulicos son actuados por medio de motores lineales eléctricos que controlan el movimiento de los pistones.In a preferred configuration of the invention, the hydraulic cylinders are actuated by means of electric linear motors that control the movement of the pistons.
El sistema de propulsión cuenta además con dos tipos de válvulas antirretorno, una dispuesta en el extremo interior de cada cilindro hidráulico y otra dispuesta en el pistón de cada cilindro. La válvula dispuesta en el extremo interior de cada cilindro permite el paso del agua desde el cilindro hacia la cabeza del submarino, que está en comunicación fluida con el exterior, pero únicamente cuando el motor lineal provoca que el pistón avance. Cuando el pistón retrocede, dicha válvula se cierra impidiendo así que el agua se succione de nuevo hacia el interior del cilindro. La válvula del pistón, en cambio, permanece cerrada cuando el pistón avanza, de forma que el pistón empuja la totalidad del agua previamente contenida en el interior del cilindro hacia la cabeza del submarino, y se abre cuando el pistón retrocede, de tal forma que permite el paso de agua desde la entrada situada en la superficie exterior hacia la otra cara del pistón, permitiendo que el volumen del cilindro se vuelva a llenar de agua para la siguiente operación de avance. Las operaciones alternas de apertura y cierre de ambas válvulas favorecen que el empuje del sistema de propulsión de la invención sea muy eficiente.The propulsion system also has two types of non-return valves, one located at the inner end of each hydraulic cylinder and the other located on the piston of each cylinder. The valve arranged at the inner end of each cylinder allows the passage of water from the cylinder towards the head of the submarine, which is in fluid communication with the outside, but only when the linear motor causes the piston to advance. When the piston moves back, this valve closes thus preventing the water from being sucked back into the cylinder. The piston valve, on the other hand, remains closed when the piston advances, so that the piston pushes all the water previously contained inside the cylinder towards the head of the submarine, and opens when the piston recedes, so that allows the passage of water from the inlet located on the outer surface to the other face of the piston, allowing the cylinder volume to be refilled with water for the next advance operation. The alternate opening and closing operations of both valves favor the thrust of the propulsion system of the invention to be very efficient.
La presente invención también propone un vehículo subacuático no tripulado que presenta un sistema novedoso de direccionamiento más sencillo, optimizado y eficaz que los sistemas de guiado y direccionamiento actuales en vehículos de este tipo, dotando al submarino de mayor maniobrabilidad.The present invention also proposes an unmanned underwater vehicle that presents an innovative steering system that is simpler, more optimized and more efficient than the current guidance and steering systems in vehicles of this type, providing the submarine with greater maneuverability.
Este sistema de direccionamiento está compuesto por una pieza principal emplazada en la parte delantera del vehículo que tiene capacidad de giro y posicionamiento sobre el resto del vehículo, basándose en un sistema tipo rótula, de modo que es capaz de posicionar la zona delantera del vehículo en una posición que permita generar una reacción y fuerzas capaz de orientar el vehículo en la dirección adecuada durante su avance.This steering system is made up of a main part located at the front of the vehicle that has the capacity to turn and position itself on the rest of the vehicle, based on a ball joint-type system, so that it is capable of positioning the front area of the vehicle in a position that allows generating a reaction and forces capable of guiding the vehicle in the right direction during its advance.
En una realización preferente de la invención, la pieza principal dispone de una geometría ovalada, pudiendo incorporar si fuese necesario superficies hidrodinámicas adicionales para reforzar el efecto de orientación del vehículo durante su avance. La pieza ovalada, por medio de sistemas mecánicos, se puede orientar en un ángulo concreto con respecto al eje principal del submarino.In a preferred embodiment of the invention, the main part has an oval geometry, being able to incorporate, if necessary, additional hydrodynamic surfaces to reinforce the orientation effect of the vehicle during its progress. The oval piece, by means of mechanical systems, can be oriented at a specific angle with respect to the main axis of the submarine.
Adicionalmente y dentro de una configuración preferente de la invención, el sistema de direccionamiento comprende una goma que ejerce presión para que en todo momento tense la pieza principal y la ajuste a su camisa de giro, sellándolo con dos juntas. Additionally and within a preferred configuration of the invention, the steering system comprises a rubber that exerts pressure so that the main part is tensed at all times and adjusted to its turning sleeve, sealing it with two gaskets.
Se ha previsto que el vehículo submarino no tripulado cuente con un sistema de propulsión y un sistema de direccionamiento redundante, estando dispuestos los sistemas en ambos extremos del vehículo. La redundancia o repetición de este sistema dota de maniobrabilidad superior al vehículo al operar los dos sistemas al mismo tiempo, permitiéndole una mayor cantidad de movimientos, así como una mayor agilidad en los cambios de dirección del mismo.The unmanned underwater vehicle is planned to have a propulsion system and a redundant steering system, the systems being arranged at both ends of the vehicle. The redundancy or repetition of this system provides the vehicle with superior maneuverability by operating both systems at the same time, allowing a greater number of movements, as well as greater agility when changing direction.
Por otro lado, el vehículo submarino no tripulado cuenta a su vez con un sistema de almacenamiento de energía basado en baterías eléctricas. El conjunto de baterías está dispuesto en el interior del cuerpo del vehículo, y permite el movimiento autónomo del mismo por las profundidades marinas. La configuración de las baterías eléctricas es preferentemente anular, de modo que queden integradas sobre el casco del submarino optimizando el espacio ocupado por las mismas dentro de la nave.On the other hand, the unmanned underwater vehicle also has an energy storage system based on electric batteries. The set of batteries is arranged inside the body of the vehicle, and allows the autonomous movement of the same through the sea depths. The configuration of the electric batteries is preferably annular, so that they are integrated into the hull of the submarine, optimizing the space occupied by them inside the ship.
Con el objetivo de facilitar y agilizar el proceso de carga de dichas baterías que alimentan el sistema de propulsión, el vehículo marino no tripulado se complementa con una estructura base de carga y reposo dispuesta en el fondo marino. En una configuración preferente de la invención, dicha estructura comprende una base de soporte que conecta con un tubo soterrado que va a parar a la superficie y por el interior del cuál se encuentra el cableado necesario para el funcionamiento de la misma, unos pies de apoyo para la sustentación de la estructura en el fondo marino, y unas bocas de conexión dispuestas en la base para establecer el acoplamiento con el/los vehículos submarinos.In order to facilitate and speed up the charging process of said batteries that power the propulsion system, the unmanned marine vehicle is complemented by a base structure for charging and resting on the seabed. In a preferred configuration of the invention, said structure comprises a support base that connects with an underground tube that goes to the surface and inside which is the necessary wiring for its operation, some support feet for supporting the structure on the seabed, and some connection mouths arranged at the base to establish the coupling with the underwater vehicle(s).
Las bocas de conexión tienen preferentemente una forma troncocónica, con un aumento gradual del radio desde su parte superior hasta su parte inferior. De igual forma, el vehículo submarino presenta también en su parte inferior unas formas troncocónicas correspondientes a las de las bocas, asegurando así que el acoplamiento entre ambas estructuras es guiado y estanco. The connection mouths preferably have a frustoconical shape, with a gradual increase in radius from their upper part to their lower part. Similarly, the underwater vehicle also has frustoconical shapes in its lower part corresponding to those of the mouths, thus ensuring that the coupling between both structures is guided and sealed.
El sistema formado por el vehículo más su base de carga y reposo comprende al menos un conector eléctrico que tiene una primera parte dispuesta en una de las bocas de conexión de la base y una segunda parte dispuesta en el interior del vehículo, en la forma troncocónica que se va a acoplar a la boca de conexión en la que está dispuesta la primera parte del conector eléctrico. Por último, cuenta con una tercera parte que está unida a la primera parte, y que tiene un elemento de conexión eléctrico actuable en desplazamiento para conectar eléctricamente la primera y segunda partes entre sí. La primera parte del conector eléctrico tiene un primer cable eléctrico que está conectado a una línea de alimentación eléctrica proveniente del tubo soterrado y, por tanto, de la superficie; y la segunda parte del conector eléctrico tiene un segundo cable eléctrico que está conectado al conjunto de baterías.The system formed by the vehicle plus its charging and resting base comprises at least one electrical connector that has a first part arranged in one of the connection mouths of the base and a second part arranged inside the vehicle, in a frustoconical shape to be coupled to the connection mouth in which the first part of the electrical connector is arranged. Lastly, it has a third part that is joined to the first part, and that has a moving electrical connection element to electrically connect the first and second parts to each other. The first part of the electrical connector has a first electrical cable that is connected to an electrical power line coming from the underground tube and, therefore, from the surface; and the second part of the electrical connector has a second electrical cable that is connected to the battery pack.
De esta manera se obtiene un conector eléctrico en la zona de acoplamiento entre la base de carga y reposo, que es la zona a la que llega la línea de alimentación eléctrica, y el vehículo submarino no tripulado en cuyo i nterior ostán dispuestas las baterías eléctrica s. De esta forma el proceso de carga de las mismas es rápido y sencillo.In this way, an electrical connector is obtained in the coupling area between the charging and rest base, which is the area where the power line reaches, and the unmanned underwater vehicle inside which the electric batteries are arranged. yes In this way, the process of loading them is fast and simple.
Descripción de las figurasDescription of the figures
La figura 1 muestra una vista en perspectiva y seedon ada longitudinalmente del vehículo apreciar su tobera 9) y el sistema de engranajes que la mueven.Figure 1 shows a longitudinal perspective view of the vehicle showing its nozzle 9) and the gear system that moves it.
La figura 4 es una vista en sección longitudinal del detalle de la figura 3, para poder apreciar a la tobera (9) en la disposición en la que su eje longitudinal coincide con el eje longitudinal del vehículo.Figure 4 is a longitudinal sectional view of the detail of Figure 3, in order to be able to appreciate the nozzle (9) in the arrangement in which its longitudinal axis coincides with the longitudinal axis of the vehicle.
La figura 5 muestra una sección transversal de la figura 1, dada a la altura del sistema de engranajes. Figure 5 shows a cross section of Figure 1, given at the height of the gear system.
Las figuras 6, 7 y 8 son unas vistas como las de las figuras 3, 4 y 5 respectivamente, pero con la tobera (9) posicionada de manera que su extremo de salida (9.1) queda por encima del eje longitudinal del vehículo.Figures 6, 7 and 8 are views like those of figures 3, 4 and 5 respectively, but with the nozzle (9) positioned so that its outlet end (9.1) is above the longitudinal axis of the vehicle.
Las figuras 9, 10 y 11 son unas vistas como las de las figuras 3, 4 y 5 respectivamente, pero con la tobera (9) posicionada de manera que su extremo de salida (9.1) queda por debajo del eje longitudinal del vehículo.Figures 9, 10 and 11 are views like those of figures 3, 4 and 5 respectively, but with the nozzle (9) positioned so that its outlet end (9.1) is below the longitudinal axis of the vehicle.
La figura 12 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente a dos vehículos situados sobre una estructura base de carga y un tercer vehículo en posición de acercarse o alejarse de dicha estructura base.Figure 12 is a perspective view schematically showing two vehicles located on a cargo base structure and a third vehicle in a position to approach or move away from said base structure.
La figura 13 corresponde a una vista en sección longitudinal de un vehículo situado sobre la estructura base de carga.Figure 13 corresponds to a longitudinal section view of a vehicle located on the load base structure.
La figura 14 muestra un detalle en sección de cómo se produce el acercamiento del vehículo a la estructura base de carga.Figure 14 shows a section detail of how the approach of the vehicle to the load base structure is produced.
La figura 15 es una vista como la anterior, pero con el vehículo ya dispuesta sobre la estructuraFigure 15 is a view like the previous one, but with the vehicle already arranged on the structure
base de carga y acoplado a ella.charging base and attached to it.
Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention
La invención se refiere a un vehículo submarino, preferentemente un vehículo submarino no tripulado, proponiendo un sistema de propulsión hidráulico actuado por medio de motores lineales eléctricos que resulta no sólo eficiente, sino más silencioso en comparación con los sistemas de propulsión empleados normalmente en este tipo de vehículos. Asimismo, la invención propone un sistema novedoso de direccionamiento más sencillo y optimizado que los sistemas de guiado y direccionamiento actuales en vehículos de este tipo. The invention relates to an underwater vehicle, preferably an unmanned underwater vehicle, proposing a hydraulic propulsion system actuated by linear electric motors that is not only efficient, but also quieter compared to the propulsion systems normally used in this type. vehicular. Likewise, the invention proposes a novel steering system that is simpler and more optimized than the current guidance and steering systems in vehicles of this type.
Por otro lado, el vehículo submarino no tripulado cuenta a su vez con un sistema de almacenamiento de energía basado en baterías eléctricas. El conjunto de baterías está dispuesto en el interior del cuerpo del vehículo. Pues bien, la invención también propone que, con el objetivo de facilitar y agilizar el proceso de carga de dichas baterías que alimentan el sistema de propulsión, el vehículo marino no tripulado se complementa con una estructura base de carga y reposo dispuesta en el fondo marino.On the other hand, the unmanned underwater vehicle also has an energy storage system based on electric batteries. The battery pack is arranged inside the body of the vehicle. Well, the invention also proposes that, with the aim of facilitating and speeding up the charging process of said batteries that feed the propulsion system, the unmanned marine vehicle is complemented by a base structure for charging and resting arranged on the seabed .
El sistema de propulsión de la invención está compuesto de una serie de cilindros hidráulicos, identificados con la referencia numérica (1) en las figuras 1 y 2. Los cilindros hidráulicos (1) aspiran el agua circundante alrededor del vehículo a través de al menos una entrada (2) en la superficie exterior de la nave, siendo preferente una configuración en la que hay dispuestas en la superficie tantas entradas (2) como cilindros (1) comprenda el sistema de propulsión. En una configuración preferente, el número de cilindros está comprendido entre cinco y treinta.The propulsion system of the invention is made up of a series of hydraulic cylinders, identified with the numerical reference (1) in figures 1 and 2. The hydraulic cylinders (1) suck the surrounding water around the vehicle through at least one inlet (2) on the outer surface of the ship, a configuration in which there are as many inlets (2) as cylinders (1) comprising the propulsion system being arranged on the surface. In a preferred configuration, the number of cylinders is between five and thirty.
En una realización preferente de la invención, los cilindros hidráulicos (1) son actuados por medio de motores lineales eléctricos (3) tal y como se aprecia en la figura 1. El sistema de propulsión cuenta además con dos tipos de válvulas antirretorno (1.1 y 1.2), por cada cilindro (1). La válvula antirretorno (1.1) va dispuesta en un extremo de cada cilindro hidráulico (1); mientras que la válvula (1.2) va dispuesta en el pistón (1.4) de cada cilindro (1).In a preferred embodiment of the invention, the hydraulic cylinders (1) are actuated by means of electric linear motors (3) as shown in figure 1. The propulsion system also has two types of non-return valves (1.1 and 1.2), for each cylinder (1). The non-return valve (1.1) is arranged at one end of each hydraulic cylinder (1); while the valve (1.2) is arranged in the piston (1.4) of each cylinder (1).
La válvula (1.1) dispuesta en el extremo interior de cada cilindro (1) permite el paso del agua desde el cilindro (1) hacia la cabeza del submarino, que está en comunicación fluida con el exterior, pero únicamente cuando el motor lineal (3) provoca que el pistón (1.4) de ese cilindroThe valve (1.1) arranged at the inner end of each cylinder (1) allows the passage of water from the cylinder (1) to the head of the submarine, which is in fluid communication with the outside, but only when the linear motor (3 ) causes the piston (1.4) of that cylinder
(1) avance. En esa situación en la que el pistón (1.4) avanza y la válvula (1.1) está abierta, que es la que corresponde al cilindro (1) que aparece en la parte inferior de la figura 2, la válvula (1.2) del pistón (1.4), en cambio, permanece cerrada, de forma que el pistón (1.4) empuja la totalidad del agua previamente contenida en el interior del cilindro (1) hacia la cabeza del submarino. (1) advance. In that situation in which the piston (1.4) advances and the valve (1.1) is open, which is the one that corresponds to the cylinder (1) that appears in the lower part of figure 2, the valve (1.2) of the piston ( 1.4), on the other hand, remains closed, so that the piston (1.4) pushes all the water previously contained inside the cylinder (1) towards the head of the submarine.
Cuando el pistón (1.4) retrocede, que es la situación que corresponde al cilindro (1) que aparece en la parte superior de la Figura 2, se invierte la situación; de manera que la válvula (1.1) pasa a la situación de cerrada y se abre la válvula (1.2), de tal forma que permite el paso de agua desde la entrada (2) situada en la superficie exterior hacia la otra cara del pistón (1.4), permitiendo que el volumen del cilindro (1) se vuelva a llenar de agua para la siguiente operación de avance. Las operaciones alternas de apertura y cierre de ambas válvulas (1.1 y 1.2) favorecen que el empuje del sistema de propulsión de la invención sea muy eficiente.When the piston (1.4) goes back, which is the situation that corresponds to the cylinder (1) that appears in the upper part of Figure 2, the situation is reversed; so that the valve (1.1) passes to the closed situation and the valve (1.2) opens, in such a way that it allows the passage of water from the inlet (2) located on the outer surface to the other face of the piston ( 1.4), allowing the volume of the cylinder (1) to be refilled with water for the next advance operation. The alternate opening and closing operations of both valves (1.1 and 1.2) favor the thrust of the propulsion system of the invention to be very efficient.
Se ha previsto que el sistema de propulsión puede disponer de forma opcional de tapas en sus extremos, de tal forma que éstas se pueden abrir o cerrar dependiendo del sentido de avance del vehículo.It has been foreseen that the propulsion system can optionally have covers at its ends, in such a way that these can be opened or closed depending on the direction of the vehicle's progress.
El sistema de direccionamiento está integrado entre la salida de los cilindros hidráulicos (1) del sistema de propulsión y el exterior del vehículo, en los extremos de popa y proa. El sistema está formado principalmente por una tobera (9), un sistema de engranajes y dos servomotores (7 y 10) que permiten el posicionamiento de la tobera (9) con su salida en un ángulo con respecto al eje principal del vehículo y una posición radial dentro de ese mismo sistema de coordenadas. El agua impulsada por el sistema de propulsión atraviesa la tobera (9) y se expulsa por la sección de salida de la misma, generando una reacción en el vehículo que permite la propulsión del mismo.The steering system is integrated between the output of the hydraulic cylinders (1) of the propulsion system and the exterior of the vehicle, at the aft and bow ends. The system is mainly formed by a nozzle (9), a gear system and two servomotors (7 and 10) that allow the positioning of the nozzle (9) with its outlet at an angle with respect to the main axis of the vehicle and a position radial within that same coordinate system. The water driven by the propulsion system passes through the nozzle (9) and is expelled through its outlet section, generating a reaction in the vehicle that allows it to propel itself.
Tal y como se aprecia en la figura 2, la tobera (9) presenta una geometría ovalada, pudiendo incorporar si fuese necesario superficies hidrodinámicas adicionales para reforzar el efecto de orientación del vehículo durante su avance.As can be seen in figure 2, the nozzle (9) has an oval geometry, being able to incorporate, if necessary, additional hydrodynamic surfaces to reinforce the orientation effect of the vehicle during its progress.
Como se aprecia en dicha figura 2 la tobera (9) presenta una configuración a modo de copa, con un extremo trasero (9.4) por donde entra el agua a presión mandada por los cilindros (1), un estrechamiento (9.3), un cuerpo (9.2) y un extremo delantero (9.1) por donde sale el agua. As can be seen in said figure 2, the nozzle (9) has a cup-like configuration, with a rear end (9.4) through which the water under pressure sent by the cylinders (1) enters, a narrowing (9.3), a body (9.2) and a front end (9.1) where the water comes out.
El sistema de engranajes cuenta con una corona exterior (11) y un piñón interior (12). La corona exterior (11) tiene capacidad de giro con respecto a la estructura del vehículo por medio de un rodamiento (4) emplazado en el exterior de la corona (11). El servomotor (7), va unido de forma fija a la estructura del vehículo y cuenta con un piñón (6) que engrana en los dientes (11.1) de la corona (11) de forma parcial, sin abarcar la longitud total de la dentadura de la corona (11) en la dirección axial. El accionamiento de este primer servomotor (7) permite controlar el posicionamiento en el ángulo radial sobre el eje del vehículo.The gear system has an outer crown (11) and an inner pinion (12). The outer crown (11) is capable of turning with respect to the vehicle structure by means of a bearing (4) located outside the crown (11). The servomotor (7) is fixedly attached to the vehicle structure and has a pinion (6) that engages in the teeth (11.1) of the crown (11) partially, without covering the total length of the teeth. of the crown (11) in the axial direction. The actuation of this first servomotor (7) makes it possible to control the positioning in the radial angle on the axis of the vehicle.
El piñón interior (12) es un piñón con un dentado (12.1) que engrana directamente sobre la corona exterior (11), abarcando de forma parcial los dientes (11.1) de la corona (11), sin abarcar de nuevo la longitud total de la dentadura de la corona (11) en la dirección axial, de forma que sobre la misma corona (11) se posicionan el piñón (6) del servomotor (7) y el piñón interior (12) sin que en su desplazamiento puedan colisionar entre ellos.The internal pinion (12) is a pinion with a toothing (12.1) that engages directly on the external crown (11), partially covering the teeth (11.1) of the crown (11), without again covering the total length of the teeth of the crown (11) in the axial direction, so that the pinion (6) of the servomotor (7) and the internal pinion (12) are positioned on the same crown (11) without colliding with each other during their displacement. they.
El piñón interior (12) cuenta, además del dentado exterior (12.1), mediante el que engrana con la corona exterior (11), un dentado interior (12.2) y un hueco circular interior (15), excéntrico a su centro.The internal pinion (12) has, in addition to the external toothing (12.1), through which it engages with the external crown (11), an internal toothing (12.2) and an internal circular hole (15), eccentric to its center.
Tal y como se aprecia en las figuras 5, 8 y 11, el centro del hueco excéntrico es el identificado con la referencia numérica (13); mientras que el centro de la corona exterior (11) es el identificado con la referencia numérica (14).As can be seen in figures 5, 8 and 11, the center of the eccentric hole is the one identified with the numerical reference (13); while the center of the outer crown (11) is the one identified with the numerical reference (14).
El segundo servomotor (10) va fijado mecánicamente a la corona exterior (11) y es solidario a ella. El correspondiente piñón de este servomotor (10) engrana en la dentadura interior del piñón interior (12); de manera que con el accionamiento de este servomotor (10) se posibilita el posicionamiento del piñón interior (12) en un determinado ángulo radial con respecto a la referencia de la corona exterior (11).The second servomotor (10) is mechanically fixed to the outer crown (11) and is integral with it. The corresponding pinion of this servomotor (10) engages in the internal teeth of the internal pinion (12); so that with the actuation of this servomotor (10) it is possible to position the internal pinion (12) at a certain radial angle with respect to the reference of the external crown (11).
De esta forma, el centro (13) del hueco circular interior (15) realiza una trayectoria curva con variación tanto en la dirección radial como en el ángulo radial con respecto al eje axial del vehículo.In this way, the center (13) of the inner circular hole (15) makes a curved path with variation both in the radial direction and in the radial angle with respect to the axial axis of the vehicle.
De esta forma, el accionamiento del segundo servomotor (10) permite el posicionamiento del hueco circular interior (15) del piñón interior (12) en una determinada posición radial, que irá asociada a un determinado ángulo radial sobre la referencia de la corona circular (11). Una vez alcanzado ese punto radial, el primer servomotor (7) permitirá el giro del conjunto formado por la corona exterior (11) y el piñón interior (12) en ángulo radial de cara a desplazar el hueco circular interior (15) del piñón (12) a una posición específica tanto en posición radial como en ángulo radial.In this way, the activation of the second servomotor (10) allows the positioning of the internal circular hole (15) of the internal pinion (12) in a certain radial position, which will be associated with a certain radial angle on the reference of the circular crown (11). Once this radial point has been reached, the first servomotor (7) will allow the rotation of the assembly formed by the external crown (11) and the internal pinion (12) at a radial angle in order to move the internal circular hole (15) of the pinion ( 12) to a specific position in both radial position and radial angle.
El hueco circular interior excéntrico (15) aloja una sección de la tobera (9) del sistema de direccionamiento que acompaña así el desplazamiento del hueco circular interior (15), y que hace desplazar el extremo de salida (9.1) de la tobera (9) de forma acorde al movimiento del hueco circular (15), permitiendo modificar la orientación del eje perpendicular a la sección de salida de la tobera (9) con respecto al eje axial del submarino, direccionando la salida del agua a presión de forma controlada y consiguiendo la reacción necesaria en el chorro de propulsión eyectado para el direccionamiento del submarino.The eccentric inner circular hole (15) houses a section of the nozzle (9) of the directing system that thus accompanies the movement of the inner circular hole (15), and makes the outlet end (9.1) of the nozzle (9) move. ) in accordance with the movement of the circular hole (15), allowing the orientation of the axis perpendicular to the outlet section of the nozzle (9) to be modified with respect to the axial axis of the submarine, directing the outlet of the pressurized water in a controlled manner and achieving the necessary reaction in the ejected propulsion jet for directing the submarine.
Como se aprecia en la figura 4, el eje de la tobera (9) puede así coincidir con el eje axial del vehículo; mientras que en la figura 7 el eje de la tobera (9) forma un ángulo; de manera que el extremo de salida (9.1) de la tobera (9) queda por encima del plano medio axial horizontal del vehículo y en la posición de la figura 10 queda por debajo.As can be seen in figure 4, the axis of the nozzle (9) can thus coincide with the axial axis of the vehicle; while in figure 7 the axis of the nozzle (9) forms an angle; so that the outlet end (9.1) of the nozzle (9) is above the horizontal mid-axial plane of the vehicle and in the position of figure 10 it is below.
Tal y como se aprecia en la figura 2, una vez que el cuello (9.3) de la tobera (9) atraviesa el hueco circular interior excéntrico (15) del piñón interior (12), la tobera (9) se soporta en un sistema de resorte identificado con la referencia numérica (5) y constituido preferentemente en un material elastómero en forma anular, que se encuentra en una posición de equilibrio bajo compresión de la tobera (9) y ejerce sobre esta una fuerza que la mantiene pegada a la estructura fija del vehículo, tensándola y la ajusta en su posición.As can be seen in figure 2, once the neck (9.3) of the nozzle (9) crosses the internal eccentric circular hole (15) of the internal pinion (12), the nozzle (9) is supported on a system spring identified with the numerical reference (5) and preferably made of an annular elastomer material, which is in a position of equilibrium under compression of the nozzle (9) and exerts a force on it that keeps it glued to the structure fixed to the vehicle, tensioning it and adjusting it into position.
El desplazamiento del hueco circular interior excéntrico (15) lleva a variaciones en la posición de la tobera (9) también en la dirección axial, y dicho sistema de resorte (5) absorbe esas variaciones, tal y como se aprecia en las figuras 7 y 10, manteniendo siempre la compresión que hace que la tobera (9) se mantenga fija a la estructura del vehículo.The displacement of the eccentric inner circular hole (15) leads to variations in the position of the nozzle (9) also in the axial direction, and said spring system (5) absorbs these variations, as can be seen in figures 7 and 10, always maintaining the compression that makes the nozzle (9) remain fixed to the structure of the vehicle.
La estructura del vehículo, en la zona de contacto con la tobera (9), dispone de una serie de juntas (8) que gracias a la compresión ejercida por la tobera (9) y proveniente del esfuerzo a compresión que sufre el sistema de resorte (5), consigue evitar la entrada de agua exterior al interior del vehículo.The structure of the vehicle, in the area of contact with the nozzle (9), has a series of joints (8) that, thanks to the compression exerted by the nozzle (9) and from the effort compression suffered by the spring system (5), manages to prevent the entry of external water into the interior of the vehicle.
En una realización preferente de la invención, el vehículo subacuático no tripulado cuenta con un sistema de propulsión y de direccionamiento redundante, estando dispuestos los sistemas en ambos extremos del mismo. La redundancia de este sistema dota de maniobrabilidad al vehículo, permitiéndole una mayor cantidad de movimientos al operar ambos sistemas al mismo tiempo, así como una mayor agilidad en los cambios de dirección del mismo. No alteraría en nada la esencia de la invención la realización de este vehículo con un solo sistema de propulsión y de direccionamiento.In a preferred embodiment of the invention, the unmanned underwater vehicle has a redundant propulsion and steering system, the systems being arranged at both ends thereof. The redundancy of this system gives the vehicle maneuverability, allowing a greater number of movements when operating both systems at the same time, as well as greater agility when changing direction. The essence of the invention would not be altered in any way by making this vehicle with a single propulsion and steering system.
Por otro lado, el vehículo submarino no tripulado cuenta a su vez con un sistema de almacenamiento de energía basado en baterías eléctricas (15). El conjunto de baterías (15) está dispuesto en el interior del cuerpo del vehículo, y permite el movimiento autónomo del mismo por las profundidades marinas. La configuración de las baterías eléctricas (15) es preferentemente anular, de modo que queden integradas sobre el casco del vehículo optimizando el espacio ocupado por las mismas dentro de la nave, tal y como se aprecia en la figura 1.On the other hand, the unmanned underwater vehicle also has an energy storage system based on electric batteries (15). The set of batteries (15) is arranged inside the body of the vehicle, and allows the autonomous movement of the same through the sea depths. The configuration of the electric batteries (15) is preferably annular, so that they are integrated into the hull of the vehicle, optimizing the space occupied by them inside the ship, as can be seen in figure 1.
El vehículo submarino propuesto cuenta a su vez con una serie de tanques de agua (16), ver figura 1, que permitan su inmersión y su emersión, que se emplazan en la zona inferior del submarino. El llenado de dichos tanques se controla de forma independiente, de cara a dotar al vehículo de una estabilidad y una controlabilidad mayor.The proposed underwater vehicle also has a series of water tanks (16), see figure 1, which allow its immersion and emersion, which are located in the lower part of the submarine. The filling of these tanks is controlled independently, in order to provide the vehicle with greater stability and controllability.
Con el objetivo de facilitar y agilizar el proceso de carga de dichas baterías (15) que alimentan el sistema de propulsión, el vehículo submarino no tripulado se complementa con una estructura base de carga y reposo dispuesta en el fondo marino. En una configuración preferente de la invención, dicha estructura comprende una base de soporte (20) que conecta con un tubo soterrado (22) que va a parar a la superficie y por el interior del cuál se encuentra el cableado (23) necesario para la alimentación de las baterías (15) y demás medios que precisen de dicha alimentación.In order to facilitate and speed up the charging process of said batteries (15) that feed the propulsion system, the unmanned underwater vehicle is complemented by a base structure for charging and resting arranged on the seabed. In a preferred configuration of the invention, said structure comprises a support base (20) that connects with an underground tube (22) that goes to the surface and inside which is the wiring (23) necessary for the battery power supply (15) and other means that require said power supply.
La base de soporte (20) lleva sobre ella unos travesaños (19) y todo ello descansa a través de unos pies de apoyo (21), para la sustentación de la estructura en el fondo marino. The support base (20) carries some crosspieces (19) on it and all this rests through some support feet (21), for the support of the structure on the seabed.
En los travesaños (19) hay unas bocas de conexión (24), ver figuras 12 a 15 para establecer el acoplamiento con el/los vehículos submarinos.In the crossbars (19) there are some connection mouths (24), see figures 12 to 15 to establish the coupling with the underwater vehicle(s).
Las bocas de conexión (24) tienen preferentemente una forma troncocónica, con un aumento gradual del radio desde su parte superior hasta su parte inferior. De igual forma, el vehículo submarino presenta también en su parte inferior unas formas troncocónicas (17), ver figuras 14 y 15, en correspondencia con las de las bocas de conexión (24), asegurando así que el acoplamiento entre ambas estructuras es guiado y estanco. En caso de que en el proceso de acoplamiento quedase agua atrapada entre las dos estructuras (17 y 24), los vehículos submarinos disponen de un vaso de expansión (18) con válvula que va a absorber y almacenar dicha agua en su interior. De esta forma se asegura un acoplamiento perfecto y estanco.The connection mouths (24) preferably have a frustoconical shape, with a gradual increase in radius from its upper part to its lower part. Similarly, the underwater vehicle also has frustoconical shapes (17) in its lower part, see figures 14 and 15, in correspondence with those of the connection mouths (24), thus ensuring that the coupling between both structures is guided and watertight. In the event that water is trapped between the two structures (17 and 24) during the coupling process, the underwater vehicles have an expansion vessel (18) with a valve that will absorb and store said water inside. In this way a perfect and watertight coupling is ensured.
El conjunto formado por el vehículo más su base de carga y reposo comprende, al menos, un equipo de conexión eléctrica.The set formed by the vehicle plus its charging and resting base comprises at least one electrical connection equipment.
Cada equipo de conexión eléctrica se compone de un conector eléctrico que tiene una primera parte (25) dispuesta en una de las bocas de conexión (24) de la base y una segunda parte (26) dispuesta en el interior del vehículo, en la forma troncocónica (17) que se va a acoplar a la boca de conexión (24) en la que está dispuesta la primera parte (25) del conector eléctrico.Each electrical connection kit is made up of an electrical connector that has a first part (25) arranged in one of the connection mouths (24) of the base and a second part (26) arranged inside the vehicle, in the form frustoconical (17) to be coupled to the connection mouth (24) in which the first part (25) of the electrical connector is arranged.
La primera parte (25) tiene un elemento de conexión eléctrica (25.1) actuable en desplazamiento para conectar eléctricamente la primera y segunda partes entre sí. Como se aprecia en las figuras 14 y 15 el elemento de conexión eléctrica (25.1) va dispuesto en un cilindro neumático que comprende una camisa (25.2) que tiene una entrada de aire (25.3) que está conectada a una línea de alimentación neumática proveniente del tubo soterrado (22). El cilindro neumático tiene un émbolo (25.4) que está unido al elemento de conexión eléctrico (25.1), siendo el émbolo (25.4) desplazable a lo largo de la camisa (25.2) junto con el elemento de conexión eléctrico (25.1).The first part (25) has a moveable electrical connection element (25.1) for electrically connecting the first and second parts to each other. As can be seen in figures 14 and 15, the electrical connection element (25.1) is arranged in a pneumatic cylinder that includes a sleeve (25.2) that has an air inlet (25.3) that is connected to a pneumatic supply line coming from the underground pipe (22). The pneumatic cylinder has a piston (25.4) that is connected to the electrical connection element (25.1), the piston (25.4) being movable along the sleeve (25.2) together with the electrical connection element (25.1).
Rodeando al elemento de conexión (25.1) va dispuesto un resorte (25.5) que tiene un primer extremo unido al émbolo (25.4) y un segundo extremo unido a la camisa (25.2). De esta forma, el elemento de conexión eléctrico (25.1) es desplazable por acción del aire a una primera posición en la que el elemento de conexión eléctrico (25.1) conecta eléctricamente con la segunda parte (26) del conector eléctrico, situada en el interior del vehículo. En ausencia del aire el elemento de conexión eléctrico (25.1) es desplazable por acción del resorte (25.5) a una segunda posición estable de desconexión.Surrounding the connection element (25.1) is a spring (25.5) that has a first end attached to the piston (25.4) and a second end attached to the sleeve (25.2). In this way, the electrical connection element (25.1) is movable by the action of the air to a first position in which the electrical connection element (25.1) connects electrically with the second part (26) of the electrical connector, located inside the vehicle. In the absence of air, the electrical connection element (25.1) is movable by the action of the spring (25.5) to a second stable disconnection position.
La primera parte (25) del conector eléctrico tiene un primer cable eléctrico (28) que está conectado a una línea de alimentación eléctrica proveniente del tubo soterrado (22) y, por tanto, de la superficie; y la segunda parte (26) del conector eléctrico tiene un segundo cable eléctrico (27) que está conectado al conjunto de baterías.The first part (25) of the electrical connector has a first electrical cable (28) that is connected to an electrical power line coming from the underground tube (22) and, therefore, from the surface; and the second part (26) of the electrical connector has a second electrical cable (27) that is connected to the battery pack.
La primera parte (25) y la segunda parte (26) del conector eléctrico están rellenas de un material elásticamente deformable con memoria de forma, teniendo el elemento de conexión eléctrico (25.1) un extremo en forma de punta para atravesar el material elásticamente deformable. Según un posible ejemplo no limitativo de realización práctica el material elásticamente deformable tiene una dureza comprendida entre los 20 y los 60 shore, y tiene propiedades de resistencia salina. Tanto la elasticidad del material, su dureza y su espesor se determinarán de acuerdo a la operativa específica esperada para el vehículo submarino.The first part (25) and the second part (26) of the electrical connector are filled with an elastically deformable material with shape memory, the electrical connection element (25.1) having a pointed end to pass through the elastically deformable material. According to a possible non-limiting example of a practical embodiment, the elastically deformable material has a hardness of between 20 and 60 shore, and has saline resistance properties. Both the elasticity of the material, its hardness and its thickness will be determined according to the specific operation expected for the underwater vehicle.
De esta manera se obtiene un conector eléctrico en la zona de acoplamiento entre la base de carga y reposo, que es la zona a la que llega la línea de alimentación eléctrica, y el vehículo submarino no tripulado en cuyo interior están dispuestas las baterías eléctricas (15), facilitándose un proceso de carga de las mismas rápido y sencillo. In this way, an electrical connector is obtained in the coupling area between the charging and rest base, which is the area where the electrical power line reaches, and the unmanned underwater vehicle inside which the electrical batteries are arranged ( 15), facilitating a fast and simple loading process.
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