Необитаемый подводный аппарат

 

Изобретение относится к подводному судостроению. Необитаемый подводный аппарат (НПА) предназначен для осмотра при обследовании подводных объектов и локальных районов дна. НПА содержит 4 маршевых движителя, смонтированных в каналах, расположенных симметрично и порядно относительно прочных корпусов, один вертикальный движитель, смонтированный ниже центра масс в канале, расположенном по линии пересечения плоскости мидель-шпангоута и диаметральной. Узел крепления кабель-тросса расположен в зоне центра масс НПА. Два движителя лагового хода смонтированы в каналах, расположенных симметрично относительно мидель-шпангоута и примыкающих с противоположных сторон к каналу движителя вертикального хода. Эти каналы размещены между двумя нижними каналами и средними частями прочных корпусов, которые выполнены меньшего диаметра, чем концевые участки корпусов. Легкий корпус имеет форму чечевицы с трехплоскостной симметрией. Все движители размещены в каналах между решетками с лопатками, которые только в каналах движителей лагового хода установлены с возможностью поворота в направляющих. Концевые участки прочного корпуса снабжены полусферическими иллюминаторами, за которыми на универсальных шарнирах расположены телекамеры. Снаружи размещены поворотные и жестко закрепленные источники света. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к подводному судостроению, а именно: к необитаемым подводным аппаратам (НПА), в частности к управляемым по кабелю самоходным НПА, предназначенным для осмотра при обследовании подводных объектов и локальных районов дна.

Известен НПА (типа КУРВ III, КУРВ IV), имеющий раму, корпус прямоугольной формы, в верхней части которого размещены емкости положительной плавучести (см. Необитаемые подводные аппараты. Под общей ред. Сытина А.В. -М.: Воениздат, 1975, с.21, рис. 1.6). В этих аппаратах в носовой части корпуса смонтированы телеаппаратура и источники света. Аппарат имеет два маршевых движителя и один маневровый, установленный в вертикальной плоскости. Питание механизмов и систем и управление ими осуществляется по закрепленному в верхней части корпуса кабель-тросу. Снизу на раме смонтирован манипулятор. Такая конструкция НПА имеет ряд недостатков, ограничивающих его технологические возможности. К таким недостаткам относятся, в первую очередь, низкие ходовые и маневренные качества, особенно низкая устойчивость на курсе, что характерно для тел малого удлинения с плохообтекаемой формой. Сюда же следует отнести и невозможность полноценного движения лагом, вследствие отсутствия лагового движителя.

Указанные недостатки проявляются в невозможности выполнения таких операций, как осуществление кругового осмотра, необходимого, например, при монтаже морских самоподъемных платформ и т.д. Кроме того, расположение телеаппаратуры только спереди корпуса резко ограничивает информационные возможности НПА, не позволяя осуществлять одновременное наблюдение за внешней обстановкой с разных сторон от НПА. Далее указанное верхнее закрепление кабель-троса приводит к значительным возмущениям от него, что отрицательно влияет на стабильность положения НПА и плавность осмотра объекта.

Некоторые из отмеченных недостатков устранены в НПА, выбранном в качестве прототипа настоящего изобретения (см. заявку Великобритании N 2177352, кл. B 63 G 8/00, 1987). Этот НПА следующего поколения, для которых характерно наличие обтекаемого легкого корпуса сплющенной формы, охватывающего систему прочных корпусов сферической и/или цилиндрической формы, в носовой оконечности которых размещена с возможностью поворота в диаметральной плоскости телекамера, а на корпусе жестко закреплен источник света. Манипулятор закреплен на внешней подвеске в носовой части корпуса. Два маршевых движителя смонтированы в трубах и размещены в кормовой части прочных корпусов. Система маневровых движителей состоит из двух вертикальных движителей и одного лагового, смонтированных в каналах, проходящих через корпуса НПА. Кабель-трос механически закреплен в верхней части НПА между легкими и прочными корпусами. Данный НПА обладает лучшими ходовыми, прочностными и информационными свойствами, обусловленными формой корпусов, схемой движительно-рулевого комплекса и подвижным креплением телекамеры. Однако и этот НПА характеризуется такими серьезными недостатками, как пониженная скорость на заднем ходу и низкая устойчивость по курсу, что является следствием различной тяги маршевых движителей вперед и назад. Далее, большая площадь ватерлинии наряду с высоким сопротивлением в вертикальном направлении требуют мощных вертикальных движителей, которые обеспечивают хорошую поворотливость НПА на месте, но совершенно недостаточную в движении. Это обстоятельство привело к необходимости оснащения НПА горизонтальными рулями, осложнив тем самым конструкцию движительно-рулевого комплекса. Наличие единственной телекамеры ограничивает информационные возможности НПА, а жесткое крепление источника света ухудшает освещенность кадра при конечных положениях телекамеры. Верхнее крепление кабель-троса на корпусах НПА является причиной возмущений, ухудшая показатели стабильности последнего, а кроме того, не гарантирует узел крепления от возможных повреждений при работе так же, как и недостаточная защита рабочих органов маршевых движителей вследствие их открытого положения в насадках. Все вышесказанное снижает технологические возможности и надежность НПА.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание надежного НПА с повышенными технологическими возможностями. Данная техническая задача решается путем выбора выгодной схемы движительно-рулевого комплекса, а точнее, путем оптимизации распределения мощностей движителей комплекса по маршевому, вертикальному и лаговому направлениям (для всех видов движителей применены одинаковые водометы, а разница в мощности определяется лишь количеством движителей по каждому направлению), в совокупности с рациональной формой корпусов НПА, размещением телекамер, источников света и узла крепления кабель-троса.

Конкретно технический результат, заключающийся в повышении ходовых и гидродинамических качеств НПА, обеспечивается двухрядным расположением четырех маршевых движителей симметрично относительно диаметральной плоскости во введенных каналах по одному сверху и снизу относительно каждого прочного корпуса, причем упомянутые каналы смонтированы на упомянутых корпусах в осевом направлении симметрично относительно плоскости мидель-шпангоута, канала вертикального движителя - по линии пересечения плоскостей мидель-шпангоута и диаметральной, а каналов лаговых движителей - симметрично относительно плоскости мидель-шпангоута по обеим сторонам канала вертикального движителя, между нижним рядом каналов маршевых движителей и средними частями прочных корпусов, которые при этом выполнены цилиндрической формы с диаметром, меньшим, чем диаметр концевых частей корпусов, и расположены эксцентрично относительно упомянутых частей.

Приведенная совокупность признаков обеспечивает компактное взаиморасположение основных объемных элементов НПА - прочных корпусов и движителей, что позволяет скомпоновать их в легком корпусе с приданием последнему формы чечевицы с трехплоскостной симметрией относительно теоретических плоскостей. При этом обеспечиваются оптимальные гидродинамические качества НПА, причем в маршевом и вертикальном направлениях линия действия усилия движителей проходит через центр давления корпуса (в силу симметричности последнего и расположения этих движителей). В лаговом направлении центр давления смещен вниз от плоскости максимальной ватерлинии, поскольку опорные лыжи обладают в данном направлении значительным сопротивлением. Смещение лаговых движителей ниже упомянутой плоскости (благодаря размещению их между нижним рядом маршевых движителей и средними частями прочных корпусов, специально обниженными в этом месте) позволяет свести к минимуму расстояние от центра давления до линии действия усилия лаговых движителей.

Частные отличительные признаки, заключающиеся в установке под углом лопаток решеток каналов лаговых движителей, а также в предварительной угловой ориентации решеток этих каналов, направлены на точную регулировку компенсации несовпадения центра давления НПА и линии действия усилия движителей. В лаговом направлении такое несовпадение является величиной непостоянной, поскольку зависит от формы сменного навесного оборудования. Кроме того, указанные признаки позволяют исключить необходимость применения в НПА подруливающих устройств, упростив тем самым его конструкцию. Следующие частные отличительные признаки - размещение вертикального движителя в канале ниже центра масс НПА, а также крепление в этом канале кабель-троса на уровне размещения центра масс позволяют свести к минимуму возмущения от кабель-троса и надежно защитить последний от повреждения в результате внешних механических воздействий. Остальные частные признаки, касающиеся оснащения прочных корпусов НПА торцевыми полусферическими иллюминаторами, диаметр которых равен диаметру концевых участков, на которых они смонтированы, а также размещение в каждом из упомянутых участков телекамер, установленных на шарнире, вместе с оснащением НПА по меньшей мере двумя шарнирно закрепленными источниками света, расположенными в диаметральной плоскости между упомянутыми участками, обеспечивают получение всесторонней видеоинформации об объекте без разворота НПА, что значительно упрощает и сокращает процесс осмотра объекта. Кроме того, наличие двух телекамер с каждой стороны НПА позволяет получить стереоскопическое изображение, что значительно обогащает получаемую информацию.

На фиг. 1 представлен продольный разрез НПА (по диаметральной плоскости); на фиг. 2 - вид НПА сверху; на фиг. 3 - поперечный разрез НПА; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5-7 - вид В на фиг. 2 при различном угловом положении направляющих решеток в каналах лаговых движителей.

НПА, выполненный согласно изобретению, содержит легкий корпус 1 в форме чечевицы, имеющий трехплоскостную симметрию, т.е. симметричных относительно основных плоскостей: максимальной ватерлинии, мидель-шпангоута и диаметральной. Корпус 1 охватывает два одинаковых прочных корпуса 2, расположенных побортно (по катамаранной схеме) симметрично относительно диаметральной плоскости (фиг. 2). Прочные корпуса 2 (фиг. 1) состоят из носовых и кормовых концевых сфероцилиндрических участков 3 и 4 соответственно и средней цилиндрической части 5. Для удобства компоновки средняя часть 5 имеет диаметр d (фиг. 1, 3) меньший, чем диаметр D концевых участков 3 и 4 (т.е. d < D). При этом геометрическая ось части 5 параллельна геометрической оси участков 3 и 4 и лежит выше последней на расстоянии h. Участки 3 и 4 снабжены полусферическими иллюминаторами 6 (фиг. 1, 2), с диаметром D_к предпочтительно равным диаметру D участков 3 и 4. За иллюминаторами 6 находятся четыре (по одной в каждом отсеке участков 3 и 4) телекамеры 7, установленные с возможностью угловых перемещений в вертикальной плоскости и плоскости максимальной ватерлинии. Такое перемещение может быть осуществлено путем установки камер 7, например, на универсальном шарнире (не показано). Между прочными корпусами 2 смонтированы два поворотных источника света 8, установленные аналогично камерам 7. Кроме того, в зоне каждого из концевых участков 3 и 4 установлено по два неподвижных источников света 9 для освещения бокового и переднего пространства. Движительно-рулевой комплекс НПА состоит из семи идентичных движителей, расположенных в соответствующих каналах между решетками 10 (фиг. 4). Все движители представляют собой одинаковые полнонапорные водометы с двумя винтами 11 противоположного направления, а каналы выполнены в виде прямоточных труб, образованных в легком корпусе 1 (фиг. 1). Так, четыре канала 12 (фиг. 2, 3) маршевых движителей расположены попарно симметрично относительно каждого прочного корпуса 2, образуя верхний 13 (фиг. 3) и нижний 14 ряды упомянутых движителей, примыкающие соответственно сверху и снизу к прочным корпусам 2. Каналы 12 упомянутых движителей в осевом направлении размещены симметрично относительно плоскости мидель-шпангоута (фиг. 1, 2). Канал 15 вертикального движителя 16 выполнен по линии пересечения плоскости мидель-шпангоута и диаметральной плоскости, причем собственно движитель 16 (водомет) смонтирован в канале 15 ниже центра масс (точка О на фиг. 1), а узел 17 крепления кабель-троса расположен на упомянутом центре масс НПА (точнее - максимально приближен к центру масс, т.к. последний может незначительно изменять свое положение вследствие различной массы сменного оборудования, в то время как узел 17 закреплен в постоянной точке). Каналы 18 двух лаговых движителей расположены симметрично относительно плоскости мидель-шпангоута, примыкая с обеих сторон к каналу 15 вертикального движителя. При этом каналы 18 размещены между каналами 12 нижнего ряда 14 (фиг. 3) маршевых движителей и средними цилиндрическими частями 5 прочных корпусов 2 и также примыкают к упомянутым элементам. Вертикальный и маршевые движители размещены в соответствующих каналах, как это уже указывалось, между решетками с прямыми лопатками (не показаны), а в каналах 18 лаговых движителей установлены решетки 10 (фиг. 4) с наклонными лопатками 19. Упомянутые лопатки могут быть закреплены на подвижном кольце, установленном с возможностью угловых установочных перемещений в канале в круговых направляющих 20, благодаря чему решетки 10 могут занимать заранее определенное положение (фиг. 5-7). Снизу на прочных корпусах 2 закреплены две опорных лыжи 21 (фиг. 1), на которых смонтирован сменный манипулятор 22.

Работы с НПА, выполненным согласно изобретению, во многом зависят от осматриваемого объекта и могут быть произведены, например, следующим образом. Перед спуском на воду аппарат подготавливают к работе в конкретных условиях: устанавливают требуемые манипулятор 22, телекамеры 7 и источники света 8 и 9, выбирая последние по мощности, углу освещения и спектру излучаемого света. Оценив сопротивление сменных наружных элементов НПА, определяют положение центра давления при лаговом перемещении и исходя из этого производят угловую установку решеток 10 в круговых направляющих 20 каналов 18 лаговых движителей таким образом, чтобы максимально приблизить линию действия усилия этих движителей к центру давления и тем самым приблизить траекторию лагового хода НПА к горизонтальной прямой линии. При этом носовая и кормовая решетки 10 должны быть расположены симметрично, т.е. повернуты на одинаковый угол, но в противоположных направлениях. Затем обладающий некоторой положительной плавучестью аппарат спускают на воду и включением маршевых и лаговых движителей выводят в район производства осмотровых работ. Погружение (или подъем) НПА производится в обычном режиме - включением вертикального движителя, имеющего сравнительно низкую мощность по отношению к маршевым движителям, или в экстренном режиме - включением маршевых движителей (имеющих значительно большую суммарную мощность) с дифферентом. Глубина погружения контролируется навигационными приборами, размещенными в прочных корпусах. Необходимое при осмотре маневрирование осуществляют путем комбинации работы различных движителей: маршевых (порядно или побортно) и лаговых с вращением в одну или разные стороны, а при необходимости и вертикального.

Формула изобретения

1. Необитаемый подводный аппарат, содержащий симметричный обтекаемый легкий корпус, два прочных корпуса со сфероцилиндрическими концевыми участками для размещения телекамер и цилиндрической средней частью, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости, и движительно-рулевой комплекс с маршевыми движителями и движителями вертикального и лагового ходов, смонтированными между решетками в соответствующих каналах, расположенных параллельно плоскостям ватерлинии, диаметральной и мидель-шпангоута соответственно, кабель-трос, соединенный с прочными корпусами узлом крепления, и источники света, расположенные в зоне размещения телекамер, отличающийся тем, что имеет четыре маршевых движителя, которые смонтированы в каналах, расположенных по одному сверху и снизу относительно каждого прочного корпуса симметрично относительно диаметральной плоскости и параллельно плоскости ватерлинии, при этом упомянутые каналы смонтированы на прочных корпусах и расположены в осевом направлении симметрично плоскости мидель-шпангоута, канал движителя вертикального хода расположен по линии пересечения плоскостей мидель-шпангоута и диаметральной и внутри него размещен узел крепления кабель-троса, а каналы двух движителей лагового хода расположены симметрично относительно плоскости мидель-шпангоута, примыкают с противоположных сторон к каналу движителя вертикального хода и размещены между каналами нижнего ряда маршевых движителей и средними цилиндрическими частями прочных корпусов, которые выполнены с диаметром, меньшим диаметра концевых участков этих корпусов, а геометрическая ось упомянутых частей расположена выше геометрической оси концевых участков и параллельна ей.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что легкий корпус выполнен в форме чечевицы с трехплоскостной симметрией относительно плоскостей максимальной ватерлинии, мидель-шпангоута и диаметральной.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что движитель вертикального хода размещен в канале ниже центра масс необитаемого подводного аппарата, а узел крепления кабель-троса в этом канале размещен в зоне расположения центра масс необитаемого подводного аппарата.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что решетки каналов каждого движителя лагового хода имеют лопатки, установленные под углом к оси канала.

5. Аппарат по пп.1 и 4, отличающийся тем, что решетки каналов движителей лагового хода установлены с возможностью предварительных угловых перемещений в соответствующих каналах.

6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в каждом концевом участке прочного корпуса размещена смонтированная на шарнирной подвеске телекамера, а упомянутый участок снабжен торцевым полусферическим иллюминатором.

7. Аппарат по пп.1 и 6, отличающийся тем, что диаметр полусферического иллюминатора равен диаметру концевого участка прочного корпуса.

8. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере два смонтированных источников света установлены шарнирно между концевыми участками прочных корпусов и расположены в диаметральной плоскости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7