RU183537U1

RU183537U1 - Autonomous unmanned surface underwater vehicle of the planning type GLIDER-BOT

Info

Publication number: RU183537U1
Application number: RU2018107268U
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Татаренко; Василий Дмитриевич Смирнов; Алексей Николаевич Мильто
Original assignee: Евгений Иванович Татаренко; Василий Дмитриевич Смирнов; Алексей Николаевич Мильто
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2018-09-25

Abstract

Автономный необитаемый надводно-подводный аппарат планирующего типа относится к автономным необитаемым надводно-подводным самоходным аппаратам (глайдерам) и может быть использовано для исследования водных акваторий, а также для доставки оборудования в заданную точку акватории и выполнение задач в опасных и труднодоступных местах на глубине. Предлагаемое устройство автономного необитаемого надводно-подводного аппарата направлено на получение следующего технического результата: повышение эксплуатационных характеристик, а именно увеличение скорости и получение возможности работы при наличии сильных течений. Поставленная задача решается за счёт того, что автономный необитаемый надводно-подводный аппарат планирующего типа содержит корпус, систему изменения плавучести, систему изменения дифферента, двигательно-движительную систему, систему энергопитания, а также системы управления, передачи данных, навигации, связи и контрольно-измерительную систему, причём корпус аппарата выполнен в виде вытянутого в продольном направлении обтекаемого тела, днище которого снабжено скуловыми реданами, содержащими лыжу с горизонтальной полкой, а система изменения плавучести является двухзвенной и включает в себя модуль изменения плавучести, осушительную помпу и электроуправляемый клапан.

The autonomous uninhabited surface underwater vehicle of the planning type refers to the autonomous uninhabited surface underwater self-propelled vehicles (gliders) and can be used to study water areas, as well as to deliver equipment to a given point in the water area and to perform tasks in dangerous and inaccessible places at a depth. The proposed device autonomous uninhabited surface-underwater vehicle is aimed at obtaining the following technical result: increasing operational characteristics, namely increasing speed and gaining the ability to work in the presence of strong currents. The problem is solved due to the fact that the autonomous uninhabited surface-underwater vehicle of the planning type contains a hull, a buoyancy change system, a trim change system, a propulsion system, an energy supply system, as well as a control, data transmission, navigation, communication and control and measurement system a system, and the apparatus body is made in the form of a streamlined body elongated in the longitudinal direction, the bottom of which is equipped with cheekbones, containing ski with a horizontal shelf, and the system of buoyancy change is a two-link and includes a buoyancy change module, a drainage pump and an electrically controlled valve.

Description

Устройство относится к автономным необитаемым надводно-подводным самоходным аппаратам (глайдерам) и может быть использовано для исследования водных акваторий, а так же для доставки оборудования в заданную точку акватории и выполнение задач в опасных и труднодоступных местах на глубине. The device relates to autonomous uninhabited surface-underwater self-propelled vehicles (gliders) and can be used to study water areas, as well as to deliver equipment to a given point in the water area and perform tasks in dangerous and inaccessible places at a depth.

Известно устройство под названием АННА «Проект БКЭМ-55 «Беспилотный комплекс экологического мониторинга – 55», представляющий собой безэкипажный автономный катер современной формы – носитель контрольно-измерительной аппаратуры для контроля экологической обстановки и разлива нефтепродуктов, отбора проб воды, мониторинга погодных условий, а также сбора видеоинформации и передачи в режиме реального времени на береговой пост управления. Катер способен по радиокомандам оператора или в соответствии с записанной в память бортового компьютера программой перемещаться по поверхности воды, выполняя заданную миссию.A device is known under the name of ANNA “Project BKEM-55“ Unmanned Environmental Monitoring Complex - 55 ”, which is a modern-style unmanned autonomous boat - a carrier of control and measuring equipment for monitoring the environmental situation and oil spills, water sampling, monitoring of weather conditions, and collecting video information and transmitting in real time to the coastal control post. The boat is capable of navigating on the radio commands of the operator or in accordance with the program recorded in the memory of the on-board computer, moving on the surface of the water, performing a given mission.

Основным недостатком «Проекта БКЭМ-55», снижающим его эксплуатационные возможности, является невозможность погружения его на глубину для выполнения требуемых работ под водой.The main disadvantage of the “BKEM-55 Project”, which reduces its operational capabilities, is the impossibility of immersing it to a depth to perform the required work under water.

Известно также большое количество автономных необитаемых подводных аппаратов, основной режим работы которых – движение под водой (Alistar, Enterprise, REMUS, Odyssey и др.). Известны также автономные необитаемые подводные аппараты планирующего типа – подводные глайдеры (Spray, Slocum, Seaglider и др.).A large number of autonomous uninhabited underwater vehicles is also known, the main mode of operation of which is underwater movement (Alistar, Enterprise, REMUS, Odyssey, etc.). Autonomous uninhabited underwater vehicles of the planning type are also known - underwater gliders (Spray, Slocum, Seaglider, etc.).

Самым близким, по своей технической сущности, к заявленному устройству является автономный подводный необитаемый аппарат планирующего типа описанный в патенте №164034 с приоритетом от 04.12.2015 г. и содержащий корпус аппарата с крылом, систему изменения плавучести, систему изменения угла дифферента, систему изменения угла крена и сборку батарей, причем в системе изменения плавучести, которая расположена в кормовой части аппарата, установлен линейный актуатор с цилиндром, а система изменения угла дифферента размещена с возможностью корректировки углов планирования, при этом сборка батарей расположена параллельно оси аппарата и закреплена с возможностью перемещения вдоль этой оси.The closest, in its technical essence, to the claimed device is an autonomous underwater uninhabited vehicle of the planning type described in patent No. 164034 with priority dated 12/04/2015 and containing the body of the device with a wing, a buoyancy changing system, a trim angle changing system, an angle changing system roll and battery assembly, and in the system of changing the buoyancy, which is located in the aft part of the apparatus, a linear actuator with a cylinder is installed, and the system of changing the angle of the trim is placed with the possibility of adjustment There are planning angles, while the battery assembly is parallel to the axis of the apparatus and fixed with the possibility of movement along this axis.

Основными недостатками подобных аппаратов являются высокие энергозатраты при перемещении в водной толще, а значит, недостаточная автономность, исчисляемая часами, а также акустический шум, связанный с работой маршевого двигательно-движительного комплекса. Движение таких аппаратов организует механизм изменения плавучести (МИП), обеспечивающий в зависимости от знака плавучести (отрицательной или положительной) погружение или всплытие аппарата. Основными недостатками известных подводных глайдеров являются, малая скорость перемещения под водой, низкая энергоэффективность работы в узком коридоре глубин, невозможность работы при наличии сильных течений, возможность потери аппарата (вследствие малой плавучести) из-за резкой смены параметров водной массы (например, при попадании в линзу распреснённой воды).The main disadvantages of such devices are high energy consumption when moving in the water column, which means insufficient autonomy, calculated in hours, as well as acoustic noise associated with the operation of the marching propulsion system. The movement of such devices is organized by the buoyancy change mechanism (MIP), which, depending on the sign of buoyancy (negative or positive), immerses or ascends the device. The main disadvantages of the known underwater gliders are the low speed of movement under water, low energy efficiency in a narrow depth corridor, the inability to work in the presence of strong currents, the possibility of losing the apparatus (due to low buoyancy) due to a sharp change in water mass parameters (for example, if it gets into lens of desalinated water).

Предлагаемое устройство автономного необитаемого надводно-подводного аппарата направлено на получение следующего технического результата: повышение эксплуатационных характеристик, а именно увеличение скорости и получении возможности работы при наличии сильных течений. The proposed device autonomous uninhabited surface-underwater vehicle is aimed at obtaining the following technical result: improving operational characteristics, namely increasing speed and gaining the ability to work in the presence of strong currents.

Поставленная задача решается за счёт того что, Автономный необитаемый надводно-подводный аппарат планирующего типа содержит корпус, систему изменения плавучести, систему изменения дифферента, двигательно-движительную систему, систему энергопитания, а также системы управления, передачи данных, навигации, связи и контрольно-измерительную систему причём, корпус аппарата выполнен в виде вытянутого в продольном направлении обтекаемого тела, днище которого снабжено скуловыми реданами содержащими лыжу с горизонтальной полкой, а система изменения плавучести является двухзвенной, и включает в себя модуль изменения плавучести, осушительную помпу и электроуправляемый клапан. The problem is solved due to the fact that the Autonomous uninhabited surface underwater vehicle of the planning type contains a hull, a buoyancy change system, a trim change system, a propulsion system, an energy supply system, as well as a control system, data transmission, navigation, communication and control and measurement moreover, the apparatus’s body is made in the form of a streamlined body elongated in the longitudinal direction, the bottom of which is equipped with cheekbones containing ski with a horizontal shelf, and the system Changes buoyancy is articulated and includes changes buoyancy module bilge pump and electrically-valve.

Выполнение корпуса в виде вытянутого в продольном направлении обтекаемого тела обеспечивает высокие гидродинамические характеристики, обеспечивая при этом надежную устойчивость при движении по поверхности воды, а также имеет достаточную поверхность для размещения дополнительного оборудования, например солнечных панелей. В начальном положении на поверхности воды плавучесть аппарата такова, что его ватерлиния занимает крайнее низкое положение, обеспечивая необходимую устойчивость и водоизмещение для эффективного перемещения аппарата по поверхности воды. Указанное перемещение осуществляется за счёт работы маршевых двигателей. Размещенные на днище скуловые реданы выполняют роль крыльев, и обеспечивают планирование под водой, так называемый режим глайдера. Отсутствие выступающих крыльев существенно повышает эксплуатационные характеристики аппарата, в частности, облегчаются операции спуска/подъёма аппарата, особенно в штормовых условиях, снижается вероятность запутывания аппарата в плавающих сетях, водорослях и тому подобное. Дифферент аппарата изменяется за счёт действия горизонтальных рулей и системы изменения плавучести, что не требует использования специального двигателя. Таким образом аппарат меняет курс за счёт изменения частоты вращения маршевых двигателей, для поворотов ему не требуется изменять крен, а значит, отпадает необходимость в использовании двигателя, смещающего центр тяжести аппарата вокруг продольной оси и зубчатой передачи. Система изменения плавучести является двухзвенной и включает в себя модуль изменения плавучести, электроуправляемый клапан и осушительную помпу для обеспечения возможности изменения положения ватерлинии в надводном положении. Возможность быстро перемещаться по поверхности и в толще воды обеспечивает наличие двигательно-движительного комплекса, а наличие системы изменения плавучести позволяет двигаться в толще воды в режиме планирования т.е. в режиме глайдера без использования маршевых двигателей. Совершение планирующего полёта по заданной траектории вверх и вниз обеспечивается за счёт изменения плавучести и дифферента. Движение автономного необитаемого надводно-подводного аппарата планирующего типа заданным курсом, совершение поворотов и разворотов аппарата осуществляются за счет двух маршевых двигателей, способных работать как в унисон, так и вразнобой. The execution of the body in the form of a longitudinally streamlined streamlined body provides high hydrodynamic characteristics, while ensuring reliable stability when moving along the surface of the water, and also has a sufficient surface to accommodate additional equipment, such as solar panels. In the initial position on the surface of the water, the buoyancy of the apparatus is such that its waterline occupies an extremely low position, providing the necessary stability and displacement for the effective movement of the apparatus on the surface of the water. The specified movement is due to the operation of the marching engines. The zygomatic redans located on the bottom serve as wings, and provide planning under water, the so-called glider mode. The absence of protruding wings significantly increases the operational characteristics of the apparatus, in particular, the descent / ascent of the apparatus is facilitated, especially in stormy conditions, the likelihood of tangling the apparatus in floating networks, algae and the like is reduced. The trim of the device changes due to the action of the horizontal rudders and the buoyancy change system, which does not require the use of a special engine. Thus, the apparatus changes course due to changes in the rotational speed of the marching engines; for turns it does not need to change the roll, which means that there is no need to use an engine that displaces the center of gravity of the apparatus around the longitudinal axis and gear transmission. The buoyancy change system is a two-link system and includes a buoyancy change module, an electrically controlled valve and a dewatering pump to enable the waterline to change position in the surface position. The ability to quickly move across the surface and in the water column provides the presence of a motor-propulsion complex, and the presence of a buoyancy change system allows you to move in the water column in the planning mode i.e. in glider mode without the use of marching engines. Planning flight on a given path up and down is ensured by changing buoyancy and trim. The movement of an autonomous uninhabited surface-underwater vehicle of the planning type in a given course, the execution of turns and turns of the device are carried out due to two marching engines that can work both in unison and at random.

Суть технического решения поясняется иллюстрациями, где, на фигуре 1 изображены корпус 1, днище 2, скуловые реданы 3, маршевые двигатели 4, горизонтальные рули 5, модуль изменения плавучести 6, осушительная помпа 7, электроуправляемый клапан 8. The essence of the technical solution is illustrated by illustrations, where, in figure 1, the housing 1, the bottom 2, the cheekbones 3, the mid-flight engines 4, the horizontal rudders 5, the buoyancy change module 6, the drain pump 7, the electrically controlled valve 8 are shown.

Автономный необитаемый надводно-подводный аппарат планирующего типа ГЛАЙДЕР-БОТ работает следующим образом. В начальном положении на поверхности воды плавучесть аппарата такова, что его ватерлиния занимает крайнее низкое положение, обеспечивая необходимую остойчивость и водоизмещение для эффективного перемещения аппарата по поверхности воды. Указанное перемещение осуществляется за счёт работы маршевых двигателей 4. Перед погружением аппарата в заданной точке акватории открывается электроуправляемый клапан 8, размещённый на днище 2 корпуса 1, и забортная вода заполняет свободные полости корпуса 1 аппарата. При полном их заполнении аппарат полностью погружается в воду, и плавучесть его становится равной нулю. Для погружения на заданную глубину модуль изменения плавучести 6 изменяет замкнутый объём аппарата таким образом, что его плавучесть становится отрицательной. При этом корпус 1 аппарата приобретает дифферент на нос. Начинается погружение в планирующем режиме, обеспечиваемом особой формой корпуса 1 и скуловыми реданами 3 днища 2. При достижении заданной глубины, определяемой с помощью датчика гидростатического давления, модуль изменения плавучести 6 изменяет знак плавучести на положительный, создаёт дифферент на корму, и аппарат по пологой траектории всплывает. После всплытия на поверхность включается осушительная помпа 7, выкачивая воду из корпуса 1 аппарата. Аппарат приходит в исходное положение для движения по поверхности воды.Autonomous uninhabited surface underwater vehicle of the planning type GLAYDER-BOT works as follows. In the initial position on the surface of the water, the buoyancy of the apparatus is such that its waterline occupies an extremely low position, providing the necessary stability and displacement for the effective movement of the apparatus on the surface of the water. The indicated movement is carried out due to the operation of the marching engines 4. Before the device is immersed at a given point in the water area, an electrically controlled valve 8 is opened, located on the bottom 2 of building 1, and sea water fills the free cavities of the building 1 of the device. When fully filled, the apparatus is completely immersed in water, and its buoyancy becomes equal to zero. For immersion at a given depth, the buoyancy modulus 6 modifies the closed volume of the apparatus in such a way that its buoyancy becomes negative. In this case, the apparatus body 1 acquires trim on the nose. The dive begins in the planning mode, provided by the special shape of the hull 1 and the cheekbones 3 of the bottom 2. When the specified depth is determined using the hydrostatic pressure sensor, the buoyancy change module 6 changes the buoyancy sign to positive, creates a trim in the stern, and the apparatus follows a gentle path pops up. After surfacing to the surface, the drain pump 7 is turned on, pumping water from the casing 1 of the apparatus. The device comes to its original position for movement on the surface of the water.

Совокупность признаков нова и позволяет одинаково эффективно работать как на поверхности, так и под водой, большей скорости перемещения как на поверхности, так и под водой, что позволяет работать в условиях сильных течений, большей манёвренности, регулируемой в широких пределах плавучести, большей энергоэффективности работы в узком коридоре глубин, а значит, большей автономности. The set of features is new and allows you to work equally efficiently both on the surface and under water, at a greater speed of movement both on the surface and under water, which allows you to work in conditions of strong currents, greater maneuverability, adjustable over a wide range of buoyancy, greater energy efficiency in narrow corridor of the depths, which means greater autonomy.

Claims

Autonomous unmanned surface underwater vehicle of the planning type comprises a hull, a buoyancy change system, a trim change system, a propulsion system, a power supply system, as well as a control, data transmission, navigation, communication and control and measurement system, characterized in that the body of the apparatus made in the form of a longitudinally elongated streamlined body, the bottom of which is equipped with cheekbones, containing ski with a horizontal shelf, and the buoyancy change system is a two-stage and includes a module for changing the buoyancy, a drainage pump and an electrically controlled valve.