Профилограф для вертикального зондирования морской среды



Профилограф для вертикального зондирования морской среды
Профилограф для вертикального зондирования морской среды
Профилограф для вертикального зондирования морской среды
Профилограф для вертикального зондирования морской среды

 


Владельцы патента RU 2499280:

Общество с ограниченной ответственностью "Ситекрим" (RU)

Использование: морские исследования посредством профилографов (станций) вертикального зондирования морской среды, в автоматизированных подводных аппаратах (зондах) заякоренного типа для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий. Сущность: создание профилографа для вертикального зондирования морской среды, в котором система всплытия-погружения, в отличие от известных устройств, выполнена в виде безредукторного реверсного электропривода с использованием шагового электродвигателя с магнитной муфтой. Технический результат: упрощение конструкции профилографа за счет исключения редуктора из системы всплытия-погружения, повышение кпд и надежности электропривода и, как следствие, - увеличение рабочего ресурса автономной работы профилографа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Техническое решение относится к технике морских исследований посредством профилографов (станций) вертикального зондирования морской среды и может быть использовано в автоматизированных подводных аппаратах (зондах) заякоренного типа для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий.

Известны конструкции буйковых станций [5-9], перемещаемых вверх-вниз по глубине посредством лебедки с тросом (кабель-тросом) размещенных внутри этих станций (зондов).

Общими признаками известных профилографов (зондов) [3-5 и др.], сканирующих по глубине, являются трос (или кабель-трос) снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, установленный на тросе контейнер, в котором размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи. При этом в части источников (см. например [4, 5, 7, 9]) система всплытия-погружения зондирующих станций только декларируется, но конструктивно не рассматривается. В ряде устройств [6, 8 и др.] перемещение контейнера осуществляется посредством намотки трос-кабеля на барабан лебедки с помощью реверсивного электродвигателя, снабженного редуктором.

Известно [3], что наличие лебедки является недостатком и в определенной степени ограничивает возможности профилографа.

Альтернативой использованию в качестве спуско-подъемного устройства лебедки является применение системы всплытия-погружения сканирующих (циклирующих) по тросу зондов [1-3].

Так, циклирующий зонд [3] для профилирования по глубине водной среды выполнен в виде обтекаемого крыла с размещенными внутри него тросом с направляющими роликами и двигателем с редуктором.

Известный аквазонд [2] циклирующего режима содержит последовательное тросовое соединение якоря, размыкающего устройства и притопленного поплавка, перемещающийся по тросу зонд снабжен набором датчиков, устройством обработки, источником питания и электроприводом, размещенным в отдельной от зонда плавучести.

Принятый за прототип профилограф (автономная станция для зондирования водной среды по глубине) по патенту RU 2297939 С2, 27.04.2007 [1] содержит кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода.

Основным недостатком устройства [1], как и других известных аналогов [2, 3], является наличие в системе всплытия-погружения редуктора, к.п.д. которого, как правило, не превышает 70%. Блок всплытия-погружения с высокооборотным (до 3000 об/мин) электродвигателем и понижающим шестереночным редуктором усложняет конструкцию профилографа [1], повышает его массу и габариты и снижает ресурс работы при автономном питании профилографа. Размещение (пропускание) кабель-троса внутри блока профилографа повышает трудоемкость и усложняет сборку (компоновку) устройства, его профилактику и ремонт.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании профилографа для вертикального зондирования морской среды, в котором система всплытия-погружения, в отличие от известных [1-3] устройств, выполнена в виде безредукторного реверсного электропривода с использованием шагового электродвигателя с магнитной муфтой.

Основной технический результат - упрощение конструкции профилографа за счет исключения редуктора из системы всплытия-погружения, повышение к.п.д. и надежности электропривода и, как следствие, - увеличение рабочего ресурса автономной работы профилографа. По сравнению с известными устройствами [1-3 и др.] профилограф имеет меньшую массу и меньшие габариты, а также рациональную конструкцию направляющего кабель-трос устройства вне обтекаемой оболочки контейнера.

Технический результат достигается следующим образом.

Профилограф для вертикального зондирования морской среды содержит кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода.

Отличительной особенностью профилографа является то, что реверсивный электропривод выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса с крышкой шаговый электродвигатель (ШЭД) с закрепленной на валу внутренней магнитной полумуфтой. Снаружи корпуса на подшипниках скольжения расположена внешняя магнитная полумуфта, на которой установлен ведущий приводной ролик, который посредством роликового прижимного механизма, закрепленного на корпусе, взаимодействует с кабель-тросом, обеспечивая вертикальное перемещение контейнера. Крышка электропривода снабжена герметичным электроразъемом для подачи питания и сигналов управления на ШЭД.

Профилограф также отличается тем, что контейнер выполнен в виде рамы с закрепленными на ней аппаратурными блоками, помещенной в обтекаемую оболочку из высокопрочной пластмассы, и установленной на кабель-тросе посредством ведущего приводного ролика и роликового прижимного механизма, смонтированного из двух рольгангов. При этом кабель-трос расположен вне обтекаемой оболочки контейнера.

На фиг.1 показана общая конструктивная схема профилографа для вертикального зондирования морской среды; на фиг.2 приведена блок-схема размещения аппаратуры внутри контейнера; на фиг.3 представлена схема системы всплытия-погружения, выполненной в виде безредукторного реверсивного электропривода с ШЭД; фиг.4 иллюстрирует конструкцию электропривода.

На чертежах использованы следующие обозначения:

1 - кабель-трос;

2 - якорь;

3 - размыкатель;

4 - плавучесть;

5 - контейнер профилографа;

6 - блок зондирующих измерительных приборов;

7 - система всплытия-погружения (электропривод) в составе:

7.1 - цилиндрический корпус;

7.2 - крышка;

7.3 - шаговый электродвигатель ШЭД (схематично в разрезе);

7.4 - внутренняя магнитная полу муфта;

7.5 - подшипники скольжения;

7.6 - внешняя магнитная полумуфта;

7.7 - ведущий приводной ролик;

7.8 - роликовый прижимной механизм;

8 - блок приема и хранения измерительной информации;

9 - блок управления;

10 - блок питания;

11 - блок радио- и гидроакустической связи;

12 - электроразъем;

13 - обтекаемая оболочка контейнера.

Работа профилографа для вертикального зондирования морской среды, в основном, аналогична работе известных устройств [1-3] и заключается в следующем.

В пункте наблюдения судно-носитель погружает кабель-трос 1, снабженный на одном конце якорем 2 с размыкателем 3, а на другом-плавучестью 4, с установленным на кабель-тросе контейнером 5 (фиг.1). Контейнер 5 посредством электропривода 7 перемещается вверх-вниз по кабель-тросу 1 по командам блока 9 управления. На заданных горизонтах контейнер 5 останавливается, и блок 6 зондирующих измерительных приборов измеряет гидрологические и динамические параметры водной среды, а также осуществляет химико-биологические и экологические замеры. Прием и хранение измерительной информации осуществляет блок 8, питание аппаратуры контейнера 5 обеспечивает блок 10. Для радио- и гидроакустической связи контейнера 5 с судном-носителем служит блок 11. Управление работой аппаратуры профилографа, размещенной в контейнере 5 (фиг.2) осуществляет программно-вычислительный блок 9. Структура и работа блоков 6, 8-11 известны и приведены, например в RU 28778 U1, 10.04.2003; RU 2229146, 20.05.2004.

Функционирование профилографа отличается, в основном, работой системы 7 всплытия-погружения (электропривода). Реверсивный электропривод 7 (фиг.3, 4) выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса 7.1 с крышкой 7.2 шаговый электродвигатель ШЭД 7.3 с магнитной муфтой, который по программам, заданным блоком 9 управления, обеспечивает перемещение контейнера 5 вверх-вниз по кабель-тросу 1. Магнитная муфта (внутренняя и внешняя полумуфты 7.4 и 7.6) служат магнитным пускателем электропривода 7 для передачи вращающего момента ведущему приводному ролику 7.7.

В качестве ШЭД 7.3 с магнитной муфтой может быть использован, например, низкооборотный (19-94 об/мин) шаговый электродвигатель марки AD-200-21. Работой ШЭД 7.3 электропривода 7 управляет блок 9 через электроразъем 12, по которому также подается электропитание от блока 10.

Аппаратурная часть профилографа в составе блоков 6-11 закреплена на раме контейнера 5, помещенной в обтекаемую оболочку 13 (фиг.2).

Перемещение контейнера 5 по кабель-тросу 1 осуществляется посредством ведущего приводного ролика 7.7 и прижимного (направляющего) механизма 7.8, смонтированного из двух рольгангов. Фиксация (стопор) приводного ролика 7.7 обеспечивает остановку движения контейнера 5 на заданном горизонте измерения.

Опытный образец профилографа практически подтвердил достижение технического результата: упрощение конструкции при снижении массы и габаритов электропривода в среднем на 10-15% и уменьшение его энергопотребления (а следовательно, увеличение рабочего ресурса с автономным источником питания) в среднем до 15-20%.

Таким образом, из описания профилографа и его работы следует, что достигается его назначение с указанным техническим результатом, который находится в причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков устройства.

ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ

I. Прототип и аналоги:

1. RU 2297939 С2, 27.04.2007 (прототип).

2. RU 2325674 С1, 27.05.2008 (аналог).

3. US 5869756 (А), 09.02.1999 (аналог).

4. RU 2404081 С1, 20.11.2010 (аналог).

II. Дополнительные источники по уровню техники:

5. RU 2096247 С1, 20.11.1997.

6. RU 2184674 С1, 10.07.2002.

7. GB 1248901 (А1), 06.10.1971.

8. US 2009269709 (А1), 29.10.2009.

9. JP 2010285072 (А), 24.12.2010.

1. Профилограф для вертикального зондирования морской среды, содержащий кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода, отличающийся тем, что реверсивный электропривод выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса с крышкой шаговый электродвигатель (ШЭД) с закрепленной на валу внутренней магнитной полумуфтой, снаружи корпуса на подшипниках скольжения расположена внешняя магнитная полумуфта, на которой установлен ведущий приводной ролик, который посредством роликового прижимного механизма, закрепленного на корпусе, взаимодействует с кабель-тросом, обеспечивая вертикальное перемещение контейнера, а крышка электропривода снабжена герметичным электроразъемом для подачи питания и сигналов управления на ШЭД.

2. Профилограф по п.1, отличающийся тем, что контейнер выполнен в виде рамы с закрепленными на ней аппаратурными блоками, помещенной в обтекаемую оболочку из высокопрочной пластмассы и установленной на кабель-тросе посредством ведущего приводного ролика и роликового прижимного механизма, смонтированного из двух рольгангов, причем кабель-трос расположен вне обтекаемой оболочки контейнера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при изготовлении гидроакустических антенн и антенных модулей. Гидроакустический приемный блок состоит из системы крепления гидроакустического блока к формообразующему каркасу гидроакустической антенны, гидроакустического приемника и соединенного с ним гидроакустического экрана, причем гидроакустический экран жестко закреплен на тыльной стороне гидроакустического приемника.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке гидроакустических антенн различного назначения для коррекции выходных сигналов гидроакустических приемников с целью исключения составляющей, обусловленной вибрациями корпуса носителя.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем классификации, объектов, обнаруженных гидролокатором освещения ближней обстановки.

Изобретение относится к способам обнаружения движущихся в воде объектов в условиях мелководья, таких как прибрежные морские области, речные русла, каналы, озера. .

Изобретение относится к способу защиты водозаборов от попадания в них рыбы. .

Изобретение относится к морской технике и может использоваться для построения автономных гидроакустических систем. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для контроля и исследования динамики изменения характеристик подводных шумов, создаваемых нефтегазовыми платформами и подводными добычными комплексами при их эксплуатации в различных климатических и гидрологических условиях.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к способу определения звукового давления движущегося протяженного источника акустического поля.

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к гидроакустическим системам навигации подводных аппаратов, и может быть использовано при разработке гибких буксируемых систем в системах шумопеленгования надводных кораблей и подводных лодок.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения гидроакустических систем, содержащих навигационную станцию освещения ближней обстановки (НГАС ОБО) и самоходный необитаемый подводный аппарат (СНПА). Сущность: гидроакустическая система содержит НГАС ОБО, в которую входят последовательно соединенные антенна, тракт предварительной обработки, ЦВС-1, ЦВС-2, блок обработки сигналов прямого распространения, блок определения координат СНПА, блок обработки эхосигналов от цели, блок формирования команд управления СНПА, блок излучения команд управления, антенна излучения команд управления, при этом антенна через тракт предварительной обработки, через ЦВС-1 соединена с блоком обработки сигналов прямого распространения, блоком определения координат, блоком формирования команд управления, блоком излучения команд управления с антенной излучения команд управления, второй выход ЦВС-1 соединен через ЦВС-2 с блоком обработки эхосигнала от цели и со вторым входом блока формирования команд управления и СНПА с гидролокатором, приемным трактом команд управления с антенной, декодером, блоком управления исполнительными механизмами и исполнительными механизмами управления движением. Технический результат: повышение эффективности и помехоустойчивости НГАС ОБО в условиях гидроакустического противодействия за счет использования излучения зондирующего сигнала СНПА, а приемом и обработкой полученных эхосигналов, штатной аппаратурой НГАС ОБО, в режиме разнесенного излучения - приема, и управлением движения СНПА по акустическому каналу на более высокой частоте. 1 ил.

Изобретение относится к гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, и может быть использовано для выполнения съемки рельефа дна акватории. Сущность: фазовый гидролокатор бокового обзора содержит излучатель, приемник, датчик измерения углов бортовой качки, блок управления и регистратор, соединенные с вычислителем, дополнительно содержит датчик измерения углов килевой качки, программный блок, анализатор спектра отраженного сигнала, монитор, вычислитель дополнительно соединен с выходами судового эхолота, судового приемника спутниковых навигационных систем, датчика измерения углов килевой качки, программного блока и анализатором спектра отраженного сигнала. Технический результат: повышение достоверности съемки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области судостроения и судовождения. Способ обеспечения безаварийного движения надводного или подводного судна при наличии подводных и надводных потенциально опасных объектов включает постоянный прием спутниковых навигационных данных, данных от радиолокационной станции, автоматической идентификационной системы, определение местоположения судна, вычисление скорости судна, глубины под килем. Дополнительно включают операции, согласно которым получают трехмерное изображение подводной обстановки со всех сторон судна, спереди, с боков и сзади, для чего используют гидролокаторы в передней, задней, левой и правой областях, в случае обнаружения потенциально опасных объектов распознают их либо самим судоводителем, либо распознающим устройством и выбирают оптимальный способ предотвращения столкновения судна с потенциально опасным объектом и рассчитывают траекторию уклонения от потенциально опасного объекта. Повышается вероятность безаварийного движения надводного и подводного судна в различных потенциальных опасных аварийных ситуациях. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: изобретение относится к гидроакустической технике. Сущность: антенна содержит тонкостенную полую сферическую оболочку, пьезоэлектрические преобразователи, опору для крепления антенны к носителю. Сферическая оболочка выполнена акустически прозрачной из пластика с равномерно расположенными отверстиями для заполнения оболочки водой при погружении антенны в воду, пьезоэлектрические преобразователи установлены на внутренней поверхности сферической оболочки. Преобразователи являются всенаправленными в рабочем диапазоне длин волн антенны и расположены двенадцатью группами таким образом, что центры групп находятся в вершинах вписанного в сферу икосаэдра на расстояниях, меньших либо равных 1,5 длинам волн максимальной частоты полосы принимаемого сигнала, каждая из двенадцати групп образована тремя преобразователями так, что акустический центр каждого преобразователя группы находится в вершине равностороннего треугольника с длиной стороны, равной половине длины волны максимальной частоты полосы принимаемого сигнала. Преобразователи расположены таким образом, что ось опоры антенны располагается перпендикулярно одной из граней икосаэдра и проходит через центр равностороннего треугольника, образуемого этой гранью. Технический результат: обеспечение защиты пьезоэлектрических преобразователей от внешнего механического воздействия, снижение массы антенны, возможно определение направления на источники гидроакустических сигналов с высокой точностью и разрешающей способностью при небольших размерах апертуры антенны. 2 ил.

Использование: в гидроакустике. Сущность: способ предназначен для определения ошибки оценки дистанции гидролокатором, установленным на подводном подвижном носителе относительно неподвижного отражателя. Для этого с помощью гидролокатора производят излучение зондирующих сигналов, определяют время излучения, определяют время приема эхосигнала, измеряют скорость звука, определяют разность между временем излучения и временем приема эхосигнала Т, вычисляют дистанцию, измеряют собственную скорость движения Vсоб, определяют угол q0 между положением неподвижного объекта и направлением движения носителя гидролокатора, определяют радиальную скорость объекта Vрад по двум следующим друг за другом посылкам зондирующего сигнала посылкам, а ошибку определения дистанции бД определяют по формуле: бД=0,5((Vрад/cosq0)-Vсоб)Т. Технический результат: обеспечение возможности определения ошибки оценки дистанции до неподвижного отражателя при движении носителя гидролокатора в подводном положении. 1 ил.

Использование: изобретение относится к вооружению подводных лодок, а именно к защите подводных лодок от торпед или мин, преимущественно от широкополосных мин-торпед. Сущность: способ защиты подводной лодки от широкополосной мины-торпеды содержит обнаружение и определение угловых координат в режиме шумопеленгования торпеды, вышедшей из стартового контейнера и наводящейся на подводную лодку, ее классификацию, выработку данных стрельбы, производство выстрела устройства, несущего реактивные снаряды, с приходом устройства в расчетную точку на пути его движения пуск реактивных снарядов, эпицентры взрывов которых, равномерно, исключая образование непораженных участков, распределяются в объеме ограниченного водного пространства, сформированного вокруг предварительно рассчитанной точки встречи устройства и торпеды, путем постановки завес из силового поля взрывов реактивных снарядов на пути движения торпеды в телесном угле, обращенном вершиной к подводной лодке и ограниченном усеченной конической поверхностью с осью симметрии, совпадающей с направлением на источник шума, при этом середина оси симметрии совпадает с расчетной точкой встречи устройства с торпедой. Определяется дистанция от подводной лодки до торпеды методом активной гидролокации, при этом излучение зондирующего сигнала и прием отраженного от торпеды (гидролокационного) сигнала осуществляется с помощью узконаправленных антенн, акустические оси которых устанавливаются в направлении на торпеду, предварительно определенном методом шумопеленгования. Технический результат: упрощение реализации способа и повышение эффективности защиты подводной лодки.1 ил.

Изобретение относится к морской технике, в частности к морскому подводному оружию. Устройство содержит захват и элемент сигнализации о местоположении мины, выполненный в виде гидроакустического маяка. Дополнительно установлен резак с приводом, управляемый по команде с обеспечивающего судна. Гидроакустический маяк содержит источник электропитания, каналы излучаемого и принимаемого сигналов, шифратор и датчик давления. Повышается эффективность уничтожения якорной мины за счет определения её местоположения после перерезания ее минрепа. 2 ил.

Использование: гидроакустика, а именно в гидроакустических системах определения глубины, и может быть применен для автоматического адаптивного обнаружения эхо-сигналов от дна и автоматического измерения глубины в условиях, когда требуется механическая защита излучающей поверхности электроакустического преобразователя. Сущность: в эхолот вводят блок прямого цифрового синтезатора частоты, выход которого подключен к входу передатчика, а управляющий вход подключен к микроконтроллеру. Блок прямого цифрового синтезатора частоты позволяет путем регулировки частоты излучения исключить влияние изменяющихся параметров защитной пластины на максимально возможную измеряемую глубину эхолотом. Технический результат: исключение влияния изменяющихся параметров защитной пластины излучающей поверхности электроакустического преобразователя на максимально возможную измеряемую глубину эхолотом путем изменения частоты излучения эхолота. 2 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам бортового оборудования вертолетов. Система обнаружения помех для посадки и взлета вертолета включает ультразвуковые устройства сканирования (1), каждое из которых состоит, по меньшей мере, из средств для передачи ультразвукового сигнала в направлении вниз и получения отраженного ультразвукового сигнала. Средства передачи и получения сигнала установлены, по меньшей мере, в лопастях (2) несущего винта вертолета (3) на удалении от оси его вращения или смежно их концам и связаны с бортовой вычислительной системой вертолета или с самостоятельной вычислительной системой для визуального отображения данных на доступном пилоту мониторе о рельефе расположенной под вертолетом поверхности и/или данных об опасных препятствиях. Повышается точность данных о рельефе поверхности под вертолетом на площади, необходимой для выполнения маневрирования при выполнении взлета и посадки. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения газовой пелены и определения глубины местоположения начала утечек газа трубопроводов гидроакустическими средствами. Технический результат - обеспечение обнаружения и классификации источника утечки газа подводного газопровода и определения местоположения объекта утечки газа. Для этого излучают зондирующий сигнал, принимают эхосигнал статическим веером характеристик направленности в горизонтальной плоскости, производят многоканальную обработку по всем характеристикам направленности, выбирают порог в каждом канале, определяют времена начала Tмин и времена окончания эхосигнала Tмакс в каждом пространственном канале, выбирают канал, имеющий максимальное время задержки окончания эхосигнала Tмакс и соответствующее этому каналу минимальное время задержки начала эхосигнала Tмин, вычисляют дистанцию Днач=Tмин0,5C, вычисляют дистанцию по окончании эхосигнала Доконч=Tмакс0,5C, а глубину местоположения начала эхосигнала определяют по формуле H = Д о к о н ч . 2 − Д н а ч . 2 , где H - глубина местоположения начала газовой пелены; Доконч - дистанция, соответствующая максимальному времени окончания эхосигнала или выхода газовой пелены из трубы; Днач - дистанция, соответствующая минимальному времени начала эхо-сигнала или выхода газовой пелены на поверхность; C - скорость распространения звука в районе работы. 1 ил.
Наверх