RU225953U1 - Малогабаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат сферической формы с композитной рамой - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области подводной робототехники, а именно к малогабаритным телеуправляемым подводным аппаратам (МТПА), осуществляющим горизонтальное и вертикальное движение за счет поворотных движителей и предназначенным для осуществления мониторинговых, исследовательских и других работ с применением разнообразного бортового оборудования. Решаемой технической проблемой является создание эффективного малогабаритного телеуправляемого необитаемого подводного аппарата сферической формы для проведения мониторинговых, исследовательских и других работ в акваториях. Одним из критериев эффективности является снижение массы. По своим технико-экономическим возможностям, по сравнению с известными аналогами, заявляемое техническое решение позволяет получить эффективный малогабаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат за счет облегчения конструкции, а именно изготовления рамы, блока плавучести, движителей, валов из композиционного материала, что повышает эффективность аппарата.

Description

Полезная модель относится к области подводной робототехники, а именно к малогабаритным телеуправляемым подводным аппаратам (МТПА), осуществляющим горизонтальное и вертикальное движение за счет поворотных движителей и предназначенным для осуществления мониторинговых, исследовательских и других работ с применением разнообразного бортового оборудования.

Известен «Малогабаритный автономный необитаемый подводный аппарат с изменяемым вектором упора винта» (патент RU 205521 U1, опубл. 19.07.2021, МПК B63C 7/00), отличающийся тем, что в конструкцию введены сервоприводы в передней и задней частях рамы и установлены на поперечной и продольной балке рамы, при этом пара валов, которые расположены в сервоприводах на поперечной балке, установлены перпендикулярно диаметральной плоскости, а вал, который расположен в сервоприводе, на продольной балке и установлен в диаметральной плоскости, причем рама выполнена Т-образной формы, при этом пара передних движителей установлены на концах Т-образной рамы с возможностью вращения движителей вокруг оси вала на угол ±360° для увеличения маневренности и мобильности, причем сервоприводы соединены с движителями через валы, кроме того, пара передних движителей выполнены с возможностью синхронного вращения в плоскости, параллельной диаметральной плоскости, а задний движитель выполнен с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости аппарата.

Также известен «Малогабаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат с раздельным управлением движителей» (патент RU 203080 U1, опубл. 19.07.2021, МПК B63C 11/48, B63G 8/00), отличающийся тем, что рама выполнена Т-образной формы, в носовой части аппарата на поперечной балке рамы установлена пара герметичных сервоприводов, каждый из которых валами, которые расположены перпендикулярно диаметральной плоскости аппарата, соединен со своим движителем, правым носовым и левым носовым, с возможностью асинхронного вращения по отношению друг к другу относительно оси валов на угол ±360° для повышения маневренности и управляемости, в кормовой части аппарата на продольной балке рамы установлен неподвижный движитель, причем для повышения прочности и эксплуатационной надежности кабель связи соединен с аппаратом через герметичную втулку.

Недостатком указанных аппаратов является сложность конструкции, связанная с отдельной несущей рамой и отдельного элемента бокса электроники, который является еще и боксом плавучести в связи с чем удлиняются силовые линии, которым требуются отдельные крепежные элементы для регулировочной настройки конструкции, что снижает эффективность и повышает энергопотребление и, как следствие, повышает массу конструкции.

Наиболее близким по технической сущности, взятым в качестве прототипа, является «Малогабаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат из композиционных материалов» (патент RU 212707 U1, опубл. 03.08.2022, МПК B63C 11/48), отличающийся тем, что Т-образная рама, блок плавучести, движители, валы выполнены из композиционных материалов, установлены движители с возможностью реверса тяги, носовые движители с возможностью синхронного поворота по отношению друг к другу относительно оси валов.

Недостатком выбранного прототипа является наличие Т-образной рамы и блока плавучести в виде отдельного элемента, так же наличие сложной технологии изготовления что усложняет конструкцию и приводит к ее удорожанию как в изготовлении, так и в эксплуатации.

Решаемой технической проблемой является создание эффективного малогабаритного телеуправляемого необитаемого подводного аппарата сферической формы для проведения мониторинговых, исследовательских и других работ в акваториях. Одним из критериев эффективности является снижение массы.

Техническим результатом является необитаемый подводный аппарат, состоящий из бокса плавучести и бокса электроники, выполненных в виде единой конструкции при этом бокс электроники, является еще и блоком плавучести, а также наличие акриловых полусфер позволяет расположить несколько видеокамер либо одну в любом удобном положении пространства. Изготовление полусфер из акрила позволяет уменьшить массу, в свою очередь, между полусферами расположена несущая пластина в виде кольца с возможностью закрепления на ней движительного комплекса из композиционного материала.

Для пояснения технической сущности малогабаритного необитаемого подводного аппарата сферической формы рассмотрим фиг.1, фиг.2, фиг.3, где:

фиг. 1 - вид в изометрии;

фиг. 2 - схема связи подводного аппарата с бортовой частью,

где 1 - несущая пластина; 2 - носовые движители; 3 - кормовой движитель; 4 - верхняя акриловая полусфера; 5 - нижняя акриловая полусфера; 6 - бокс электроники, который является и боксом плавучести; 7 - узел поворота движителя; 8 - валы; 9 - герметичная крышка; 10 - видеокамера; 11 - осветительный прибор; МТПА соединен с бортовой частью, включающей 12 - кабель связи; 13 - блок питания; 14 - монитор, 15 - блок управления.

На несущей пластине 1 малогабаритного телеуправляемого необитаемого подводного аппарата из композиционных материалов установлены движители 2 и 3, верхняя и нижняя акриловые полусферы 4, 5, являющийся герметичным боксом плавучести и боксом электроники 6, выполненные в виде единой конструкции. Движители 2 и 3 имеют возможность поворота вокруг своих осей на углы соответственно. При этом они обладают возможностью реверса тяги, что сокращает время реагирования узлов на смену управляющих команд, поступающих от оператора через блок управления 15.

Несущая пластина 1 выполнена обтекаемой, при этом поперечная часть несущей пластины 1 выполнена в виде цилиндра, что совместно с установленными поворотными движителями 2 (носовыми) и 3 (кормовым) обеспечивает компенсацию положительной плавучести при движении аппарата. Валы 8, при помощи которых движители 2 и 3 соединены с узлом поворота движителя 7, а также сами узлы поворота движителя 7 устанавливаются к несущей раме 1 под герметичной акриловой полусферой 4,5. Видеокамера 10 и осветительный прибор 11 находятся в боксе электроники, который является и боксом плавучести 6.

Кабель связи 12 нейтральной плавучести соединен с электрооборудованием аппарата, расположенным в боксе электроники, который является и боксом плавучести 6, и с бортовой частью, расположенной на судне-носителе и состоящей из блока питания 13, монитора 14 и блока управления 15.

Несущая пластина 1, бокс электроники и плавучести 6, движители 2 и 3, валы 8 изготовлены из композиционных материалов, что приводит к снижению массы подводного аппарата до 30-50% по сравнению с подводными телеуправляемыми аппаратами аналогичной конструкции, но выполненными из металлических сплавов. При этом при использовании движителей 2 и 3 той же мощности подводный аппарат может нести больше полезной нагрузки, что повышает его эффективность в целом. При этом за счёт возможности поворота движителей 2 и 3 на определенный угол подводный аппарат способен занимать различные пространственные положения, чем обеспечивается наиболее точное использование и применение полезной нагрузки с целью выполнения подводных задач, что приводит к повышению эффективности подводного аппарата. Кроме того, за счет легкой конструкции аппарат удобнее доставлять к месту проведения работ, что повышает его эксплуатационные качества. Совокупность легкой конструкции и поворотных движителей 2 и 3 также способствует повышению маневренных характеристик подводного аппарата.

Малогабаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат из композиционных материалов работает следующим образом. Бортовая часть, находящаяся на судне-носителе, подключается к блоку питания 13. Управляющие сигналы подаются на аппарат блоком управления 15 через кабель связи 12. При погружении и всплытии носовые движители 2 и кормовой движитель 3 находятся в горизонтальном положении. Для движения «вперед-назад» с удержанием аппарата на заданной глубине носовые движители 2 синхронно поворачиваются на заданный угол с помощью узлов поворота движителя 7, компенсируя выталкивающую силу, возникающую из-за положительной плавучести, создаваемой в боксе электроники, который является и боксом плавучести 6, при этом движитель 3 регулирует угол дифферента аппарата изменением силы тяги. Поворот вокруг вертикальной оси аппарата осуществляется за счет поворота движителя 3 с помощью узлов поворота движителя 7, компенсируя выталкивающую силу, при этом носовые движители 2 удерживают аппарат на заданной глубине. Углы поворота движителей зависят от скорости движения и массы аппарата, а также характеристик винта. Поворот вокруг горизонтальной оси осуществляется повышением оборотов на одном из носовых движителей 2 в зависимости от того, на какую сторону необходимо совершить поворот: поворот на правую сторону - повышение оборотов на правом носовом движителе, поворот на левую сторону - повышение оборотов на левом носовом движителе. При этом занятое аппаратом положение относительно горизонтальной оси поддерживается соответствующими поворотами и оборотами кормового движителя 3.

Нейтральная остойчивость достигается тем, что центр масс и центр величины аппарата находятся в одной точке. Это позволяет аппарату сохранять занятое пространственное положение.

По своим технико-экономическим возможностям, по сравнению с известными аналогами, заявляемое техническое решение позволяет получить эффективный малогабаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат за счет облегчения конструкции, а именно изготовления рамы, блока плавучести, движителей, валов из композиционного материала, что повышает эффективность аппарата. При этом рациональное размещение элементов конструкции и оборудования в раме аппарата позволяет снизить сопротивление воды при движении аппарата, что уменьшает энергопотребление, снижая стоимость эксплуатации. Все это позволяет применять предлагаемый аппарат для решения разнообразных задач с меньшими затратами, делая его эффективным.

Claims (1)

1. Малогабаритный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат сферической формы с композитной рамой, содержащий раму, поворотные движители, сервоприводы с валами, герметичный бокс для электрооборудования с возможностью соединения подводного аппарата кабелем связи с расположенной на судне-носителе бортовой частью, отличающийся тем, что герметичный бокс выполнен сферической формы, состоящей из двух акриловых полусфер, между полусферами расположена пластина из композиционного материала, являющаяся рамой.