RU2757516C1 - Method for yaw control of trailing underwater object - Google Patents
Method for yaw control of trailing underwater object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757516C1 RU2757516C1 RU2021115312A RU2021115312A RU2757516C1 RU 2757516 C1 RU2757516 C1 RU 2757516C1 RU 2021115312 A RU2021115312 A RU 2021115312A RU 2021115312 A RU2021115312 A RU 2021115312A RU 2757516 C1 RU2757516 C1 RU 2757516C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- underwater object
- underwater
- yaw
- shaft
- trailing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
- B63B21/56—Towing or pushing equipment
- B63B21/66—Equipment specially adapted for towing underwater objects or vessels, e.g. fairings for tow-cables
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/42—Towed underwater vessels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области подводного судостроения, а точнее к способам и системам регулирования рысканья подводных устройств, и может применяться для управления рысканьем буксируемых подводных объектов.The invention relates to the field of underwater shipbuilding, and more precisely to methods and systems for controlling the yaw of underwater devices, and can be used to control the yaw of towed underwater objects.
Известно техническое решение «Буксируемое подводное устройство с горизонтальной стабилизацией» (патент RU №2148003, В63В 21/66, опубл. 27.04.2000, Бюл. №12). Буксируемое подводное устройство с горизонтальной стабилизацией, содержит подводный носитель аппаратуры, снабженный носовым обтекателем и хвостовым стабилизатором и закрепленный на буксирующем кабель-тросе, в носовой и хвостовой частях подводного носителя установлены разгружающие поплавки, а на кабель-тросе размещены отягощающие грузы, компенсирующие выталкивающие силы поплавков.Known technical solution "Towed underwater device with horizontal stabilization" (patent RU No. 2148003, В63В 21/66, publ. 04/27/2000, bull. No. 12). A towed underwater device with horizontal stabilization, contains an underwater equipment carrier, equipped with a nose cone and a tail stabilizer and fixed on a towing cable-cable, unloading floats are installed in the bow and aft parts of the underwater vehicle, and burdening weights are placed on the cable-cable, which compensate for the buoyancy forces of the floats ...
К недостаткам данного способа стабилизации можно отнести малый диапазон скоростей буксировки, низкую маневренность самой подводной буксируемой системы, за счет того, что заглубитель и подводный объект соединены между собой.The disadvantages of this stabilization method include a small range of towing speeds, low maneuverability of the underwater towed system itself, due to the fact that the digger and the underwater object are interconnected.
Наиболее близким по технической сущности является «Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта» (патент RU №2657701 С1, опубл. от 14.06.2018). Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта, заключается в расположении узла крепления гибкой связи в верхней части подводного объекта, в выравнивании положения гидродинамическими силами путем компенсирования изменения кабрирующего момента при изменении скорости буксировки, при этом для выравнивания положения подводного объекта в носовой части буксируемого подводного объекта горизонтально располагают вал с возможностью изменения угловой скорости вращения в зависимости от скорости буксировки, при этом в погруженном состоянии осуществляют компенсирование изменений кабрирующего момента при изменении скорости буксировки с помощью гидродинамических сил, возникающих при обтекании вращающегося вала и направленных перпендикулярно к потоку жидкости, которые направляют в сторону, противоположную направлению кабрирующего момента, а угловую скорость вращения вала изменяют в соответствии с изменением скорости буксировки.The closest in technical essence is the "Method for controlling the trim of a towed underwater object" (patent RU No. 2657701 C1, published on 14.06.2018). The method for controlling the trim of a towed underwater object consists in the location of the flexible connection attachment point in the upper part of the underwater object, in leveling the position by hydrodynamic forces by compensating for the change in the pitching moment when the towing speed changes, while aligning the position of the underwater object in the bow of the towed underwater object horizontally shaft with the ability to change the angular speed of rotation depending on the towing speed, while in the submerged state, the changes in the pitching moment are compensated for when the towing speed changes with the help of hydrodynamic forces arising from the flow around the rotating shaft and directed perpendicular to the fluid flow, which are directed in the opposite direction the direction of the pitch-up moment, and the angular speed of the shaft rotation is changed in accordance with the change in the towing speed.
К недостаткам данного технического решения можно отнести ограниченную маневренность подводного буксируемого объекта вследствие вращения вала, расположенного горизонтально в носовой части, только по часовой стрелке, что вызывает появление однонаправленной подъемной силы.The disadvantages of this technical solution include the limited maneuverability of the underwater towed object due to the rotation of the shaft located horizontally in the bow, only clockwise, which causes the appearance of a unidirectional lift.
Решаемой технической проблемой является создание высокоэффективного способа управления рысканьем буксируемого подводного объекта, позволяющего повысить путевую устойчивость в большом интервале скоростей буксировки, а также увеличить маневренность буксируемого подводного объекта.The technical problem to be solved is the creation of a highly effective method of controlling the yaw of a towed underwater object, which makes it possible to increase the track stability in a wide range of towing speeds, as well as to increase the maneuverability of the towed underwater object.
Технический результат изобретения заключается в повышении путевой устойчивости буксируемого подводного объекта в большом интервале скоростей буксировки, а также в снижении сопротивления движению подводного объекта со стороны обтекающей его жидкости, в увеличении маневренности подводного объекта.The technical result of the invention is to increase the track stability of the towed underwater object in a wide range of towing speeds, as well as to reduce the resistance to the movement of the underwater object from the side of the fluid flowing around it, and to increase the maneuverability of the underwater object.
Технический результат достигается тем, что за счет расположения узла крепления гибкой связи в верхней части подводного объекта на одной вертикали с центром отрицательной плавучести создают момент гидродинамической силы, положение подводного объекта при буксировке выравнивают возникающей при обтекании вращающегося вала подъемной силой, ориентированной по нормали к потоку жидкости, которую направляют в сторону, обратную направлению момента рысканья, при этом для выравнивания положения буксируемого подводного объекта в его носовой части устанавливают вращающийся вал, положение подводного объекта выравнивают установленным вертикально в носовой части вращающимся валом, с возможностью изменения циклической частоты и направления вращения вала, циклическую частоту вращения вала изменяют в зависимости от скорости движения подводного объекта, направление вращения вала изменяют в зависимости от того, в какую сторону необходимо направить подъемную силу. Тем самым повышается управляемость рысканьем в большом интервале скоростей буксировки, создается высокоэффективный способ управления рысканьем буксируемого подводного объекта, также увеличивая его маневренность.The technical result is achieved by the fact that due to the location of the flexible connection attachment point in the upper part of the underwater object on the same vertical line with the center of negative buoyancy, a moment of hydrodynamic force is created, the position of the underwater object during towing is leveled by the lifting force arising from the flow around the rotating shaft, oriented along the normal to the fluid flow , which is directed in the direction opposite to the direction of the yaw moment, while in order to align the position of the towed underwater object, a rotating shaft is installed in its bow, the position of the underwater object is aligned with a rotating shaft installed vertically in the bow, with the ability to change the cyclic frequency and direction of rotation of the shaft, cyclic the rotation frequency of the shaft is changed depending on the speed of movement of the underwater object, the direction of rotation of the shaft is changed depending on which direction it is necessary to direct the lifting force. This increases the yaw control in a wide range of towing speeds, creates a highly efficient way to control the yaw of a towed underwater object, also increasing its maneuverability.
Для пояснения технической сущности к описанию прилагаются следующие чертежи:To clarify the technical essence, the following drawings are attached to the description:
- фиг. 1. Чертеж подводного объекта с указанием схемы сил и моментов;- fig. 1. Drawing of an underwater object with an indication of the diagram of forces and moments;
- фиг. 2. График зависимости для приведенного в примере буксируемого подводного объекта.- fig. 2. Dependency graph for the example towed underwater object.
Предлагаемое техническое решение основано на решении задачи управления рысканьем с возможностью использования известного физического явления, называемого эффектом Магнуса, возникающего при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа и вызывающего появление подъемной силы, воздействующей на вращающееся тело и обращенной по нормали к направлению потока. В эффекте Магнуса взаимосвязаны: направление и скорость набегающего потока, направление и циклическая частота вращения, направление и возникающая сила. Данная взаимосвязь для цилиндра задается следующей формулой (1):The proposed technical solution is based on solving the problem of yaw control with the possibility of using a well-known physical phenomenon called the Magnus effect, which occurs when a liquid or gas flow around a rotating body and causes the appearance of a lifting force acting on the rotating body and facing normal to the direction of the flow. In the Magnus effect, the following are interconnected: the direction and speed of the incoming flow, the direction and cyclic rotation frequency, the direction and the resulting force. This relationship for the cylinder is given by the following formula (1):
(1), где: (1), where:
; ;
Sв - площадь цилиндра (вала);Sв - area of the cylinder (shaft);
- циклическая частота вращения цилиндра; - the cyclic speed of the cylinder;
ρ - плотность среды;ρ is the density of the medium;
- относительная скорость набегающего потока. is the relative speed of the incoming flow.
Подъемной силой компенсируется гидродинамическая сила , определяющая момент рысканья, которая определяется следующей зависимостью (2):Lifting force hydrodynamic force is compensated , which determines the yaw moment, which is determined by the following relationship (2):
(2), где: (2), where:
- коэффициент лобового сопротивления; - drag coefficient;
- скорость потока жидкости; - fluid flow rate;
- площадь сечения по миделю. - cross-sectional area midship.
Момент рысканья определяется следующим равенством (3):The yaw moment is determined by the following equality (3):
(3), где (3), where
Момент от подъемной силы можно найти следующим образом (4):The lift moment can be found as follows (4):
(4), где (4), where
. ...
Исходя из равенства момента рысканья и момента от подъемной силы имеем равенство (5):Based on the equality of the yaw moment and the moment from the lifting force, we have equality (5):
(5) (5)
илиor
Если представить как , а , то равенство (6) примет вид (7):If imagine how , a , then equality (6) takes the form (7):
(7), после преобразования (7) получаем (8): (7), after transformation (7) we obtain (8):
(8) (eight)
Сущность предлагаемого технического решения поясняется эскизом, приведенным на фиг.1, где:The essence of the proposed technical solution is illustrated by the sketch shown in figure 1, where:
1 - подводный объект; 1 - underwater object;
2 - вращающийся вал; 2 - rotating shaft;
3 - узел крепления с буксирующим тросом.3 - attachment unit with a towing cable.
Способ управления рысканьем буксируемого подводного объекта реализуют следующим образом:The yaw control method of a towed underwater object is implemented as follows:
В носовой части подводного объекта 1 вертикально устанавливают вращающийся вал 2. При буксировке на низких скоростях путевую устойчивость подводного объекта обеспечивают благодаря тому, что точку закрепления А буксирующего троса 3 располагают на одной вертикали с центром отрицательной плавучести (точка О) (т.е. центром приложения равнодействующей силы веса G и водоизмещения) и над ним. При увеличении скорости буксировки повышается момент рысканья , стремящийся увести за собой переднюю часть подводного объекта вправо/влево. В то же время с увеличением скорости буксировки возрастает подъемная сила , уводящая носовую часть влево/вправо. При заданном соотношении циклической частоты вращения вала и направления его вращения подъемная сила уравновешивает момент рысканья и позволяет подводному объекту держаться заданной траектории (по рысканью). При существенном повышении скорости буксировки для выравнивания подводного объекта по рысканью, для увеличения подъемной силы , компенсирующей момент, увеличивают циклическую частоту вращения вала w и, при изменении направления момента рысканья, изменяют направление вращения вала 2. Все это позволяет повысить управляемость по рысканью в большом диапазоне скоростей буксировки, тем самым сделав способ управления путевой устойчивостью буксируемого подводного объекта высокоэффективным, а также увеличив маневренность подводного объекта.In the bow of the
Пример 1.Example 1.
Пример выполнения ориентации буксируемого подводного объекта рысканью для ПО с размерами 1×1×1 м. Закрепление троса в средней верхней части буксируемого подводного объекта (с плечом гидродинамической силы =0,5 м). Для компенсирования посередине носовой части располагают вал с приводом от электродвигателя с возможностью регулирования оборотов и направления вращения. Пусть вал имеет размеры: длина =1м, радиус =0,1 м. Для случая установки вала в средней части плечом .Циклическую частоту вращения вала ω, необходимую для уравнивания момента по рысканью определяют из равенства = , то есть,исходя из формулы (8) получают зависимость (9):An example of performing the yaw orientation of a towed underwater object for a software with dimensions of 1 × 1 × 1 m. = 0.5 m). To compensate in the middle of the bow there is a shaft driven by an electric motor with the ability to control the speed and direction of rotation. Let the shaft have dimensions: length = 1m, radius = 0.1 m.For the case of installing the shaft in the middle of the shoulder .The cyclic shaft rotation frequency ω required to equalize the yaw moment is determined from the equality = , that is, based on formula (8), dependence (9) is obtained:
(9). (nine).
При подстановке численных значений плеч (=0,5 м и ), длины вала (=1 м) и =1.5 получим зависимость (10) циклической частоты вращения вала, необходимой для поддержания путевой устойчивости подводного объекта от скорости его буксировки:When substituting the numerical values of the shoulders ( = 0.5 m and ), shaft length ( = 1 m) and = 1.5, we obtain the dependence (10) of the cyclic shaft rotation frequency required to maintain the directional stability of an underwater object on its towing speed:
(10) (ten)
Зависимость для приведенного в примере буксируемого подводного объекта представлена на фиг. 2.Addiction for the exemplary towed underwater object is shown in FIG. 2.
В результате имеется возможность путевого управления буксируемого подводного объекта с узлом крепления троса в верхней части в большом интервале скоростей буксировки, без увеличения гидродинамического сопротивления, т.к. изменение положения буксируемого подводного объекта по рысканью происходит только в результате изменения угловой скорости и направления вращения вала. Кроме того, появляется возможность оперативного воздействия на рысканье буксируемого подводного объекта, подстраивания буксируемого подводного объекта под изменения курса буксирующего объекта, повышается маневренность буксируемого подводного объекта.As a result, there is a possibility of track control of a towed underwater object with a cable attachment point in the upper part in a wide range of towing speeds, without increasing the hydrodynamic resistance, because a change in the position of the towed underwater object along yaw occurs only as a result of a change in the angular velocity and direction of rotation of the shaft. In addition, it becomes possible to operatively influence the yaw of the towed underwater object, adjust the towed underwater object to changes in the course of the towing object, and increase the maneuverability of the towed underwater object.
По сравнению с известными аналогами, заявляемое техническое решение способа позволяет управлять рысканьем подводного объекта в большом диапазоне скоростей буксировки в результате выравнивания положения буксируемого подводного объекта за счет уравнивания изменений момента рысканья при изменении скорости буксировки, путем изменения направления вращения вала и изменения циклической частоты вращения вала в соответствии с изменением направления момента рысканья и скорости буксировки, что обеспечивает высокую эффективность «Способа управления рысканьем буксируемого подводного объекта».Compared with the known analogues, the claimed technical solution of the method makes it possible to control the yaw of an underwater object in a wide range of towing speeds as a result of aligning the position of the towed underwater object by equalizing changes in the yaw moment when the towing speed changes, by changing the direction of rotation of the shaft and changing the cyclic frequency of rotation of the shaft in in accordance with the change in the direction of the yaw moment and the towing speed, which ensures high efficiency of the "Method for controlling the yaw of a towed underwater object".
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115312A RU2757516C1 (en) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | Method for yaw control of trailing underwater object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115312A RU2757516C1 (en) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | Method for yaw control of trailing underwater object |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2757516C1 true RU2757516C1 (en) | 2021-10-18 |
Family
ID=78286562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021115312A RU2757516C1 (en) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | Method for yaw control of trailing underwater object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757516C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4463701A (en) * | 1980-02-28 | 1984-08-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Paravane with automatic depth control |
RU2096245C1 (en) * | 1990-06-14 | 1997-11-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Гидроприбор" | Submersible towed vehicle |
RU2419574C1 (en) * | 2010-04-19 | 2011-05-27 | Сергей Яковлевич Суконкин | Towed submarine apparatus |
RU2543118C2 (en) * | 2013-07-23 | 2015-02-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Lowering underwater device |
RU2657701C1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Differentiation managing method of towed underwater object |
-
2021
- 2021-05-28 RU RU2021115312A patent/RU2757516C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4463701A (en) * | 1980-02-28 | 1984-08-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Paravane with automatic depth control |
RU2096245C1 (en) * | 1990-06-14 | 1997-11-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Гидроприбор" | Submersible towed vehicle |
RU2419574C1 (en) * | 2010-04-19 | 2011-05-27 | Сергей Яковлевич Суконкин | Towed submarine apparatus |
RU2543118C2 (en) * | 2013-07-23 | 2015-02-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Lowering underwater device |
RU2657701C1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Differentiation managing method of towed underwater object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109828570B (en) | Control and guide method for self-adaptive boundary layer water surface unmanned ship | |
CN105383654B (en) | A kind of depth control apparatus of the latent device of autonomous underwater | |
CN110192028B (en) | Control system for a floating wind turbine structure | |
CN101519117B (en) | Ship rudder/wing rudder-fin/wing fin combined control method | |
EP2064607B1 (en) | Steering control system for a vessel and method for operating such a steering control system | |
Fitriadhy et al. | Course stability of a ship towing system | |
CN108357656B (en) | Oil bag and propeller hybrid control ROV (remote operated vehicle) underwater hovering and depth setting control device | |
CN113408097B (en) | Method for determining maximum sailing speed based on unmanned sailing boat sail attack angle | |
US20150329186A1 (en) | Oscillating foil propulsion system and method for controlling a motion of an oscillating movable foil | |
CN108333934A (en) | The adaptive LOS guidance methods of aircushion vehicle path trace based on compensation of breakking away | |
CN111506985B (en) | Design method of AUV (autonomous underwater vehicle) zero-attack-angle passive buoyancy regulating system | |
CN116627043A (en) | Regional power positioning control method of combined anchoring system | |
RU2757516C1 (en) | Method for yaw control of trailing underwater object | |
AU2018389953B2 (en) | Method for controlling the buoyancy of a submarine vehicle | |
RU2657701C1 (en) | Differentiation managing method of towed underwater object | |
CN112198872B (en) | Multi-navigation-state speed stabilization control method and device for ships and boats | |
CN210083503U (en) | Towed type front edge rotating cylindrical wing remote control underwater vehicle with cable | |
CA2963308C (en) | Submerged object suspended from a towing cable optimized to neutralize disrupting hydrodynamic forces | |
CN208498772U (en) | Oil sac mixes control ROV with propeller and hovers under water and Depth control device | |
CN114690789B (en) | Method for optimally controlling vertical plane navigation attitude of submarine | |
CN215043587U (en) | Unmanned hydrofoil aircraft | |
US11286026B2 (en) | Subsea installation method and assembly | |
CN220948448U (en) | Pitching reducing system for submersible ocean craft | |
CN104020765B (en) | A kind of ship mooring power positioning control method based on cable safety | |
JP6926932B2 (en) | Attitude control system for hydroelectric power generators |