IT202100032342A1 - Veicolo anfibio di superficie e in immersione a supporto di attività subacquee - Google Patents

Description

VEICOLO ANFIBIO DI SUPERFICIE E IN IMMERSIONE A SUPPORTO DI ATTIVIT?

SUBACQUEE

Descrizione dell?invenzione:

La presente invenzione riguarda un veicolo anfibio, in grado di muoversi sulla superficie dell?acqua e di potersi immergere in profondit? grazie all?allagamento parziale o totale dei tubolari e della carena mediante specifiche valvole, in grado anche di effettuare una stabilizzazione a differenti profondit?.

b. Stato dell?arte

Gli attuali veicoli subacquei per uso civile possono essere raggruppati nelle seguenti categorie:

? sommergibili stagni a pressione atmosferica;

? sommergibili parzialmente allagati a pressione ambiente;

? scooter subacquei;

? ROV;

? veicoli subacquei totalmente allagati (es. precedente brevetto N.0001367838 del 06/06/2005). Rispetto ai minisommergibili stagni a pressione atmosferica, gli utilizzi sono differenti. Anzitutto, il veicolo proposto, essendo gi? pieno d?acqua in immersione, consente un facile ed agevole ingresso/uscita degli occupanti senza la necessit? di una camera stagna. Inoltre, la struttura esterna non ha necessit? di una resistenza alla pressione, essendo il veicolo in equipressione con l?esterno a qualunque profondit?.

Rispetto ai minisommergibili parzialmente allagati (pressione ambiente con la creazione di una camera d?aria interna), vantaggi e svantaggi sono simili a quelli precedentemente visti, con la differenza che la struttura dello scafo per questi non deve necessariamente essere resistente, ma con lo svantaggio che questi hanno di notevole spreco d?aria per mantenere l?equipressione con l?esterno. Rispetto agli scooter subacquei, che necessitano la guida diretta e che non permettono il trasporto di persone/materiale, i vantaggi fondamentali sono legati al fatto che il veicolo pu? fungere da supporto in grado di trasportare anche persone in difficolt? (ad esempio traumatizzati), con difficolt? motorie (disabili) o materiale (strumentazione o apparecchiature di lavoro o materiale recuperato). Inoltre, gli occupanti possono utilizzare la protezione fornita dell?involucro esterno per trasporto in ambienti pericolosi (ad esempio, in presenza di squali). Ancora, gli occupanti possono usufruire di una riserva d?aria compressa e di energia elettrica. Infine, il veicolo pu? fungere da natante di superficie per alcuni tratti (come un gommone o un?imbarcazione di superficie). Si tratta, come gi? indicato, del confronto tra due classi di veicoli totalmente differenti (come, ad esempio, un motorino ed un furgone nell?ambito dei trasporti terrestri).

Rispetto ai ROV (robot teleguidati, Remotely Operated Vehicles), infine, il vantaggio fondamentale ? quello del trasporto delle persone e dell?indipendenza da cavi di connessione con la superficie. Eventuali bracci meccanici e/o attuatori, per operazioni esterne simili a quelle di un ROV, possono essere comunque montati anche sul veicolo oggetto della presente domanda di brevetto.

Rispetto al veicolo subacqueo precedentemente brevettato (N. 0001367838 del 06/06/2005), le modifiche sostanziali riguardano la possibilit? di spostamento in superficie, simile a quella di un normale gommone cabinato, l?utilizzo di un sistema di propulsione ibrido, che permette lunghi spostamenti in superficie grazie al motore endotermico, che alimenta anche gli accumulatori del motore elettrico, con l?opzione di escludere il MCI in immersione, utilizzando la propulsione elettrica nei percorsi subacquei. Ovviamente, in caso di necessit?, anche per ridurre le emissioni (anche acustiche) in zone marine prossime alla costa o protette, ? possibile utilizzare in superficie anche la propulsione elettrica. Come ? evidente dalla forma del veicolo, rispetto alla precedente versione questo ? totalmente modificato. Inoltre, sono totalmente innovativi i sistemi di allagamento e svuotamento, basati su specifiche valvole realizzate allo scopo.

c. Problema tecnico da risolvere

Lo scenario di riferimento ? quello marino/subacqueo. In tale settore sono moltissime le attivit? sviluppate sia nel settore tecnico che in quello turistico o ancora quello della protezione civile e della salvaguardia dell?ambiente. Particolarmente complesse sono, in particolare, le necessit? di trasporto di persone, materiali e strumentazione subacquei. Si propone un veicolo in grado di attuare il trasporto di persone in ambiente protetto, garantire loro un supporto (di energia e di aria compressa) in condizioni di emergenza, permettere operazioni di soccorso e salvataggio, effettuare il trasporto di materiale, strumentazione, attrezzature. Un particolare utilizzo riguarda la possibilit? di guidare all?attivit? subacquea gruppi di persone disabili, altrimenti impossibilitati a fruire di questa opportunit?.

Rispetto alla precedente versione brevettata (N. 0001367838 del 06/06/2005), l'attuale proposta affronta il problema del trasporto in superficie e della immersione controllata e presenta numerose innovazioni sostanziali, tra cui la propulsione ibrida per il trasporto in superficie, la forma simile a un gommone cabinato, oltre che il sistema di galleggiamento/immersione mediante apposite valvole di allagamento.

d. Breve descrizione dei disegni

In Figura 1 ? rappresentata una vista dall?alto del veicolo con una delle possibili disposizioni dei subacquei all?interno.

In Figura 2 ? rappresentata una vista laterale del veicolo con indicazione delle aperture per l?uscita dei subacquei per esplorazione/lavoro all?esterno.

In Figura 3 ? rappresentata una vista dall?alto del veicolo (senza abitacolo) con una possibile disposizione delle valvole di allagamento.

In Figura 4 ? rappresentata una possibile soluzione di una valvola di allagamento a doppio effetto.

e-1. Descrizione dettagliata del veicolo

Nelle Figure 1 e 2 sono rappresentate due viste del veicolo, rispettivamente dall?alto e laterale. Nella vista dall?alto sono rappresentati schematicamente anche i subacquei in una delle possibili sistemazioni (trasversale rispetto alla linea dello scafo, come in genera avviene in un gommone). Ovviamente, i subacquei possono essere seduti il direzione longitudinale (come su una vettura) o con disposizioni miste. Ancora, una parte dell?abitacolo pu? essere adibita a trasporto materiali o attrezzature, oppure a una postazione di soccorso.

In superficie, il veicolo si muove come un gommone, con tubolari e carena in materiale composito, in questo caso le valvole di allagamento sono chiuse (in estensione) ed i tubolari sono pieni d?aria. I sistemi di propulsione sono basati sull?utilizzo di motori ibridi, in cui la propulsione (mediante elica o idrogetto) in superficie viene effettuata sfruttando il motore a combustione interna (occasionalmente anche il motore elettrico) mentre in immersione si utilizzer? essenzialmente il motore elettrico. Possono essere utilizzate, per il motore ibrido, disposizioni in serie o in parallelo. In ogni caso, comunque, il motore, posizionato nella parte posteriore assieme al timone, come nei tradizionali natanti, ? contenuto in un involucro stagno con una valvola che consente il passaggio dell?aria in superficie e lo blocca in immersione. Quando la tecnologia sar? acquisibile a basso costo, si potranno utilizzare anche tecnologie innovative per la produzione di energia (motori alimentati da Fuel Cell). Accanto alla propulsione principale saranno previsti due sistemi di propulsione ausiliaria (uno per tubolare) del tipo di scooter subacquei (eventualmente sganciabili per essere utilizzati come scooter subacquei) per coadiuvare il timone principale nelle manovre e fungere da propulsione di emergenza. Come nei tradizionali natanti, sui tubolari saranno montate tutti i componenti utili per l?attracco e le manovre (ganci, bitte, maniglie, ?).

Una volta raggiunta la zona di immersione, il veicolo sar? allagato mediante l?apertura delle valvole di allagamento, posizionate sia sui tubolari che tra il pagliolato e la carena. Una possibile disposizione delle valvole ? illustrata in Figura 3. L?allagamento produrr? l?immersione del veicolo che potr? essere stabilizzato alla profondit? voluta tramite l?immissione di aria compressa nei tubolari, che sono collegati alle bombole con servovalvole elettriche a bassa tensione (e, per emergenza, anche a valvole manuali). Per evitare l?impennamento del veicolo (per accumulo dell?aria in una zona limitata), i tubolari sono divisi in settori stagni tra loro con setti impermeabili trasversali ed un sistema comanda l?immissione di aria per ciascun settore, per assicurare l?inclinazione voluta all?intero veicolo sia in beccheggio che in rollio. Le manovre di controllo dell?allagamento saranno pi? dettagliatamente descritte nella sezione dedicata alle valvole.

L?abitacolo superiore ? costituito da un telaio metallico (o in materiale composito) collegato in basso ai tubolari e, in alto, a una griglia che chiude superiormente la struttura e consente la fuoriuscita dell?aria erogata dai subacquei e dal sistema di allagamento. Le centine di collegamento sono sagomate ad H per fungere da binario ai cuscinetti di scorrimento delle finestre laterali trasparenti in materiale plastico, che si aprono dall?interno e dall?esterno mediante apposite maniglie. Anteriormente e posteriormente, due frontalini trasparenti chiudono la capsula dell?abitacolo. Nella zona anteriore sono contenuti i quadri controllo con cui i piloti comandano le operazioni. Il veicolo ? dotato di sistemi elettronici per le trasmissioni (eventualmente anche attraverso una boa in superficie), di sistemi di illuminazione e ripresa, nonch?, ovviamente di sistemi di sicurezza e soccorso.

Il parco batterie e le bombole di aria compressa (necessarie alla stabilizzazione in profondit? e alla risalita nonch? all?erogazione d?aria ai subacquei all?interno dell?abitacolo) saranno contenute in apposite zone stagne (ad esempio, nei sedili dei subacquei). I subacquei, durante il trasporto in immersione, possono usufruire anche di una riserva d?aria, eventualmente fornita da erogatori a circuito aperto o da rebreather (per ridurne lo spreco), i cui sistemi di depurazione della CO2, di arricchimento di O2 e di miscelazione di altri gas possono essere ancora contenuti nelle zone stagne. Possono essere utilizzati erogatori e rebreather di tipo commerciale o specifico, con sistemi di erogazione e depurazione individuali o centralizzati.

In caso di operazioni speciali, il veicolo potr? essere dotato anche di bracci robotizzati per eseguire operazioni di forza o di destrezza all?esterno, in tal caso comportandosi come un ROV, con il vantaggio di poter essere posizionato e comandato non da remoto ma a distanza ravvicinata.

e-2. Descrizione dettagliata delle valvole

Le valvole di allagamento sono concepite con l?intento di aprirsi per l?ingresso dell?acqua e la fuoriuscita dell?aria. La struttura ? quella di un cilindro stagno, che viene mantenuto alla pressione ambiente da un sistema di erogazione simile a quello di un erogatore monostadio (questo per impedire che la pressione esterna possa interagire con le forze attuate per apertura e chiusura). Il cilindro ? collegato in corrispondenza delle superfici superiore ed inferiore a pareti fisse, che possono essere la parte superiore e inferiore del tubolare o il pagliolo e la carena. La parete laterale del cilindro ? rigida ed ? collegata alla struttura fissa (tubolare o pagliolato/carena) mediante viti, lasciando uno spazio per l?ingesso/uscita dei fluidi, ad esempio con apposite scanalature praticate o con distanziali (Figura 4). Le superfici superiore ed inferiore del cilindro sono costituite da un tappo mobile a tenuta mediante apposite guarnizioni. Il comando di apertura, corrispondente allo scorrimento del tappo verso la mezzeria del cilindro, produce la contrazione di attuatori elettrici collegati da un lato al tappo mobile, dall?altro ad un setto rigido fisso posto a met? dell?altezza del cilindro. Una molla calibrata aiuta a regolare la contrazione e serve al ripristino della lunghezza originaria (chiusura della valvola). Il tappo ha forma cilindrica nella zona di scorrimento lungo la parete laterale e troncoconica nella parte fuoriuscente. Questo migliora il contatto di chiusura ed assicura il centraggio tra il tappo stesso ed il foro praticato sul tubolare o sulla carena. Nella fase di allagamento del tubolare, i tappi si contraggono in maniera simmetrica per consentire l?ingresso dell?acqua dalla parte inferiore e la fuoriuscita dell?aria da quella superiore. Nella fase di espulsione dell?acqua per l?emersione (o la stabilizzazione in profondit?), il tappo superiore sar? chiuso e quello inferiore aperto, in modo che l?aria immessa a pressione possa riempire la parte superiore del tubolare e l?acqua fuoriuscire dall?apertura in basso, allo stesso modo di quanto avviene nella manovra di svuotamento della maschera sott?acqua.

Le valvole saranno disposte lungo i tubolari e la carena in modo da distribuire il flusso di acqua o di aria e, come accennato nella descrizione precedente, saranno inserite una (o pi?) per settore del tubolare, che ? diviso trasversalmente in un congruo numero di settori stagni tra loro, in modo da poter comandare l?inclinazione del veicolo mediante l?immissione di aria o l?ingresso di acqua.

f. Applicazioni

Il vantaggio della versione che si sottopone al brevetto rispetto a quella precedente riguarda la possibilit? di effettuare il trasporto in superficie in maniera autonoma, utilizzando il veicolo come un normale gommone cabinato per arrivare sul luogo dell?attivit? navigando in superficie mediante una propulsione ibrida, per immergersi, mediante le apposite valvole di allagamento, nel luogo dell?attivit? subacquea. Le applicazioni, di conseguenza, sono analoghe a quelle indicate nel precedente brevetto con, in pi?, la capacit? di trasporto sia in superficie che sott?acqua anche per grandi distanze. Questo era precluso, nel precedente brevetto, a causa della limitata autonomia del veicolo, studiato essenzialmente per il tragitto subacqueo, che prevedeva essenzialmente motori elettrici alimentati da batterie ed una forma legata all?ambiente subacqueo. Il trasporto in superficie era solo limitato e ausiliario, da utilizzare soltanto per brevi tragitti e in condizioni di emergenza. Nella presente versione, grazie al motore ibrido e alla nuova struttura, il trasporto in superficie ? paragonabile a quello di un normale gommone, quindi cadono le limitazioni relative alle distanze da percorrere in superficie e alla eventuale necessit? di un natante di appoggio.

Come nella precedente versione, in ambito industriale sono potenzialmente interessate industrie di progettazione e produzione meccanica e navale, cantieri navali, aziende che operano nel settore petrolifero e off-shore, societ? che effettuano controlli e bonifiche, autorit? portuali, societ? cantieristiche per opere portuali, societ? operanti nel settore della sicurezza navale e portuale, istituti di ricerca nel settore marino, protezione civile, marina militare, aziende operanti nel settore dell?acquacoltura, societ? operanti nel settore dei lavori subacquei (monitoraggio, saldatura, posa condotte), circoli nautici, diving center, aziende turistiche.

Il mercato potenzialmente pi? interessante ? quello legato ai diving center, come sistema di trasporto dei subacquei in fondali non prossimi alla costa o difficilmente accessibili, oppure per subacquei non particolarmente esperti o anziani oppure soltanto per un maggior grado di comfort rispetto alle lunghe e faticose immersioni. Nell?ambito delle attivit? turistiche e sportive, il veicolo pu? essere un valido supporto per disabili, che in tal modo possono accedere ad un mondo subacqueo altrimenti precluso per i rilevanti problemi connessi con il movimento in ambito subacqueo e le difficili operazioni relative alle tecniche di immersione. Ancora, si potrebbe utilizzare il veicolo per supporto e controllo di manifestazioni sportive. Un interessante utilizzo ? quello legato all?esplorazione di ambienti pericolosi o a rischio, come in presenza di squali.

Un ulteriore mercato che si prospetta ? quello dei lavori subacquei come supporto per lavori portuali, pontili, piattaforme off-shore, condotte sottomarine, cantieri navali, acquacoltura. E? vero che molti lavori, oggi, possono essere svolti da ROV, prescindendo dall?intervento umano se non in remoto, ma ? altres? innegabile che in molti casi la necessit? di avere un operatore anzich? un automa ? imprescindibile.

Il terzo mercato interessante ? quello della protezione civile, della marina militare e delle autorit? portuali, per una serie di attivit? connesse a ricerca e soccorso di persone disperse, mappatura dei fondali, controllo dell?inquinamento, localizzazione e recupero di relitti, sicurezza navale.

Infine, si segnala l?opportunit? di interessare istituti di ricerca nel settore marino, sia per quanto riguarda gli aspetti geomorfologici, che per la ricerca biologica, ad esempio, pattugliamento delle aree marine protette, mappatura di siti archeologici sommersi, localizzazione e recupero di reperti e relitti.

Claims (10)

VEICOLO ANFIBIO DI SUPERFICIE E IN IMMERSIONE A SUPPORTO DI ATTIVIT? SUBACQUEE RIVENDICAZIONI

1. Veicolo per trasporto (in superficie e subacqueo) di sommozzatori e attrezzature, come indicato nella sezione ?Descrizione?, caratterizzato da una struttura simile ad un gommone cabinato con tubolari in composito, in grado di immergersi grazie a sistemi di allagamento e stabilizzazione (come da rivendicazione 4) utilizzando valvole per allagamento/svuotamento per permettere l?immersione e l?emersione dello stesso, mediante l?ingresso dell?acqua (immersione) o di aria compressa (stabilizzazione in quota o emersione).

2. Veicolo con un abitacolo chiuso, secondo la rivendicazione 1, con tre zone: zona di prua con postazioni e comandi di pilotaggio (coperta con cupolino in materiale plastico trasparente); zona centrale (chiusa con finestre per ingresso/uscita subacquei in materiale plastico trasparente e con la parte superiore a griglia con uscite per l?aria), zona di poppa (chiusa con portellone in materiale plastico trasparente) che contiene il sistema di propulsione primario (come da rivendicazione 8) e il timone, come indicato nella sezione ?Descrizione?.

3. Tubolari del veicolo (secondo la rivendicazione 1) divisi in settori stagni tra loro con setti impermeabili trasversali. Il sistema di stabilizzazione (rivendicazione 4) comanda l?immissione di aria/acqua per ciascun settore, per assicurare l?inclinazione voluta all?intero veicolo sia in beccheggio che in rollio.

4. Sistema di stabilizzazione (allagamento e svuotamento) del veicolo, caratterizzato da bombole ad alta pressione e valvole (secondo la rivendicazione 5) per consentire immersione, emersione e stabilizzazione in quota del veicolo, come indicato nella sezione ?Descrizione?.

5. Valvole per consentire l?allagamento e lo svuotamento dei tubolari e l?apertura della carena, (secondo la rivendicazione 4) costituite da cilindri con tappi tronco-conici, comandate in apertura da attuatori elettrici e molle di contrasto per il rilascio, come indicato nella sezione ?Descrizione?.

6. Struttura delle valvole (rivendicazione 5) costituita da un cilindro stagno, mantenuto alla pressione ambiente da un sistema di erogazione simile a quello di un erogatore monostadio e da una valvola di sfiato, come indicato nella sezione ?Descrizione?. La parete laterale del cilindro ? collegata al veicolo (tubolare superiore/inferiore o pagliolato/carena), con apposite scanalature o con distanziali per l?ingesso/uscita dei fluidi, come indicato nella sezione ?Descrizione?. Le superfici superiore ed inferiore del cilindro sono costituite da un tappo mobile a tenuta mediante guarnizioni.

7. Comando di apertura delle valvole mediante attuatori elettrici all?interno del cilindro (rivendicazione 6), collegati da un lato al tappo mobile e dall?altro ad una griglia rigida forata fissa posta a met? dell?altezza del cilindro, producendo lo scorrimento del tappo verso la mezzeria del cilindro, come indicato nella sezione ?Descrizione?, con una molla calibrata in parallelo per il ripristino della lunghezza originaria (chiusura della valvola).

8. Propulsione primaria del veicolo mediante un motore ibrido contenuto all?interno di un contenitore stagno dotato di valvole e sistemi di regolazione della pressione, da utilizzare per il moto in superficie (motore endotermico) e in immersione (motore elettrico) come indicato nella sezione ?Descrizione?.

9. Sistema di propulsione ausiliaria mediante propulsori laterali staccabili (tipo scooter subacquei) posizionati nella zona centrale del veicolo esternamente allo scafo.

10. Postazioni di respirazione per i subacquei all?interno del veicolo, consistenti in un sistema di stoccaggio dell?aria compressa (bombole) posizionato all?interno dell?abitacolo del veicolo, con un erogatore per ogni subacqueo. In caso di utilizzo di rebreather, nella postazione sar? contenuto anche il sistema di depurazione dell?aria espirata. Il sistema di stoccaggio aria compressa e l?eventuale sistema di depurazione del rebreather potranno essere centralizzati o specifici per ogni postazione.