Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта



Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта
Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта
Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта
Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта
Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта
Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта
Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта
Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта
Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта

Владельцы патента RU 2657701:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)

Изобретение относится к области подводного судостроения, в частности к способам и системам управления дифферентом буксируемых подводных объектов. Предложен способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта 1 с узлом крепления гибкой связи 3 в верхней части подводного объекта, заключающийся в том, что для выравнивания положения подводного объекта в носовой части буксируемого подводного объекта горизонтально располагают вал 2 с заданной площадью 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 2 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. Технический результат заключается в улучшении управляемости по дифференту в большом диапазоне скоростей. 2 ил.

 

Изобретение относится к области подводного судостроения, в частности к способам и системам управления дифферентом подводных устройств, и может быть использовано для ориентации по дифференту буксируемых подводных объектов.

В настоящее время в связи с увеличением интереса к проведению океанологических исследований и освоения Мирового океана растет число подводных объектов (ПО) - зонды, аппараты, тралы и т.д.

Известны Подводные объекты, связанные с судном - носителем с помощью гибкой механической связи: тросом или кабель - тросом, буксируемые по его траектории, с возможностью маневрирования в вертикальной и/или горизонтальной плоскости. Существуют ПО с управляемыми перемещениями, которые возможны только при наличии в составе ПО движителей или рулей.

Известны буксируемые ПО с отрицательной плавучестью, глубина погружения у которых регулируется длиной гибкой связи (троса), а стабилизация по дифференту определяется обводами корпуса ПО, местами крепления троса, положением крыла и/или рулей. Траектория движения ПО по глубине и ориентация по рысканью и дифференту зависит от скорости буксировки, подводных течений и воздействия волнения на буксирующее судно.

Известны два варианта крепления троса к ПО: за носовую часть либо за верхнюю часть.

Известно «Буксируемое подводное устройство с горизонтальной стабилизацией» (патент RU №2148033, В63В 21/66, опубл. 27.04.2000, Бюл. №12), с вариантом крепления за носовую часть и реализующее способ стабилизации по дифференту, заключающийся в том, что в носовой и хвостовой части расположены разгружающие поплавки, а на тросе отягощающие грузы, компенсирующие выталкивающие силы поплавков.

Недостатком такого способа стабилизации является то, что внутреннее пространство ПО загромождается поплавками, кроме того, для разных режимов буксировки требуется различное количество и вес грузов, поэтому необходимо извлекать ПО при перенастройке на другой режим, что делает этот процесс трудоемким, снижающим эффективность такого способа горизонтальной стабилизации.

Известен также «Подводный буксируемый аппарат» (патент RU №2096245, В63В 21/66, опубл. от 14.06.1990), реализующий вариант закрепления троса в верхней части корпуса и способ стабилизации по дифференту, заключающийся том, что в верхней носовой и кормовой части имеются лопасти, выполненные в виде крыла малого удлинения, причем носовые лопасти устанавливают с положительным углом атаки, а кормовые - с отрицательным. Выравнивание по дифференту происходит за счет гидродинамических сил.

Недостатком этого технического решения является то, что углы атаки настраиваются на ограниченный диапазон скоростей, кроме того, для перенастройки на другой диапазон требуется извлечение ПО, что также повышает трудоемкость и, следовательно, снижает эффективность такого способа стабилизации по дифференту.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению и взятому в качестве прототипа является «Подводный буксируемый аппарат» (патент RU №2096246, В63В 21/6, опубл. 20.11.1997), реализующий способ стабилизации по дифференту, заключающийся в том, что трос закрепляют в верхней части ПО, и выравнивание по дифференту при изменении скорости судна выполняют за счет гидродинамических сил, создаваемых горизонтальными интерцепторами, расположенными в кормовой части.

Основным недостатком такого способа является ограниченный диапазон скоростей, в котором буксируемый ПО будет находиться в горизонтальном положении, обусловленном горизонтальными интерцепторами, которые располагают в кормовой части. Кроме того, при значительном увеличении скорости буксировки, для компенсации кабрирующего момента Мz требуется увеличение площади интерцепторов, из-за чего будет увеличиваться гидродинамическое сопротивление, приводя к потери энергии на преодоление этого сопротивления, снижающей эффективность способа.

Решаемой задачей заявляемого технического решения является расширение диапазона скоростей буксировки, снижение гидродинамичекого сопротивления, без потерь энергии и повышении устойчивости горизонтального положения ПО, а в целом повышающие эффективность способа управления дифферентом ПО.

Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является создание высокоэффективного способа управления дифферентом буксируемого ПО, позволяющего повысить управляемость по дифференту в большом диапазоне скоростей, без увеличения гидродинамического сопротивления.

Технический результат достигается тем, что в способе управления дифферентом буксируемого подводного объекта, заключающемся 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, согласно которому для выравнивания положения подводного объекта в носовой части буксируемого подводного объекта горизонтально располагают вал с заданной площадью, 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.

Новым является.

В носовой части буксируемого подводного объекта с узлом крепления гибкой связи, расположенном в верхней части, располагают горизонтально вращающийся вал. Для выравнивания положения ПО по дифференту в большом диапазоне скоростей буксировки, площадь и угловую скорость вращения вала подбирают таким образом, чтобы компенсировать изменения кабрирующего момента при изменении скорости буксировки, для чего изменяют угловую скорость вращения вала, повышая управляемость дифферентом, тем самым получив высокоэффективный способ управления дифферентом буксируемого ПО.

Новое техническое решение основано на решении задачи управления дифферентом с возможностью использования известного физического явления, возникающего при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа - возникновение силы, воздействующей на вращающееся тело и направленной перпендикулярно направлению потока (эффект Магнуса).

В эффекте Магнуса взаимосвязаны: направление и скорость потока, направление и угловая скорость, направление и возникающая сила. Эта зависимость для цилиндра имеет следующий вид (формула Жуковского-Кутта):

где: - интенсивность движения вокруг цилиндра;

где:

Sв - площадь цилиндра;

ω - угловая скорость вращения цилиндра;

ρ - плотность жидкости;

V - относительная скорость потока.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, приведенным на фиг. 1, где:

1 - подводный объект;

2 - вращающийся вал;

3 - узел крепления с буксирующим тросом.

В носовой части подводного объекта 1 горизонтально установлен вращающийся цилиндр (вал 2). При буксировке на незначительных скоростях горизонтальное положение ПО устанавливается за счет того, что точка закрепления А буксирующего троса 3 располагается 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 растет кабрирующий момент Μz, стремящийся опустить носовую часть ПО. В то же время с увеличением скорости буксировки возрастает сила Fм, поднимающая носовую часть. При заданном соотношении площади вала, угловой скорости вращения вала, сила Fм уравновесит кабрирующий момент Mz и позволит сохранить подводному объекту горизонтальное положение (по дифференту). При значительном увеличении скорости буксировки для выравнивания ПО по дифференту, для увеличения силы F1, компенсирующей момент Mz, увеличивают угловую скорость вала.

Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта реализуют следующим образом.

Подводный объект 1 в верхней части 3 над центром отрицательной плавучести закрепляют за ходовой конец троса; в носовой части горизонтально располагают вал 2, который имеет возможность изменения угловой скорости вращения в определенной зависимости от изменения скорости буксировки, в некотором диапазоне, зависящем от площади вала (заданного) и диапазона скорости буксировки ПО. Подводный объект погружают на рабочую глубину, при этом при буксировке ПО на него действует кабрирующий момент, возникающий от гидродинамической силы, направленный вдоль вектора скорости тела, перпендикулярно к потоку жидкости, в противоположном ему направлении. Сила зависит от скорости буксировки ПО и стремится опустить носовую часть вниз, причем при увеличении скорости буксировки сила возрастает. Для выравнивания положения ПО осуществляют компенсирование изменений кабрирующего момента, для чего изменяют угловую скорость вращения вала 2 в известной зависимости от изменения скорости буксировки ПО, при этом возникает сила, перпендикулярная потоку и направленная в сторону, противоположную кабрирующему моменту. Происходит компенсация кабрирующего момента моментом от гидродинамических сил и ПО принимает горизонтальное положение за счет того, что центр отрицательной плавучести находится под точкой закрепления буксирующего троса, все это позволяет повысить управляемость по дифференту в большом диапазоне скоростей, без увеличения гидродинамического сопротивления, тем самым сделав способ управления по дифференту буксируемого подводного объекта высокоэффективным.

Пример выполнения ориентации буксируемого ПО дифференту для ПО с размерами 1×1×1 м. Гидродинамическая сила, определяющая кабрирующий момент будет изменяться по зависимости:

где: Сх - коэффициент лобового сопротивления;

V2 - скорость потока жидкости;

Sм - площадь сечения по миделю.

Тогда кабрирующий момент в случае закрепления троса в средней верхней части ПО (с плечом h1=0,5 м) будет равен:

Для компенсации Мz по середине носовой части располагают вал с приводом от электродвигателя с возможностью регулирования оборотов. Пусть вал имеет размеры: длинарадиус rв=0,1 м, тогда его площадь

Момент от силы Магнуса в случае установки вала в средней части (с плечомбудет:

Угловую скорость вала ω необходимую для поддержания горизонтального положения ПО (компенсации кабрирующего момента) определяют из равенства Мм=Mz, то есть или при Sм=1 .

Зависимость для приведенного в примере ПО при Сх=1,5 приведена на фиг. 2.

В результате имеется возможность управления дифферентом буксируемого ПО с узлом троса в верхней части в неограниченном диапазоне скоростей буксировки, без увеличения гидродинамического сопротивления, т.к. изменение положения буксируемого ПО по дифференту происходит только в результате изменения угловой скорости вала. Кроме того, появляется возможность оперативного воздействия на дифферент буксируемого ПО.

По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, заявляемое техническое решение способа позволяет управлять дифферентом подводного объекта в большом диапазоне скоростей буксировки и без извлечения ПО для перенастройки, в результате выравнивания положения ПО, за счет компенсирования изменений кабрирующего момента при изменении скорости буксировки, путем подбора заданной площади и изменения угловой скорости вращения вала в соответствии с изменением скорости буксировки, что обеспечивает высокую эффективность «Способа управления дифферентом буксируемого подводного объекта».

Способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта, заключающийся 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, отличающийся тем, что для выравнивания положения подводного объекта в носовой части буксируемого подводного объекта горизонтально располагают вал с заданной площадью 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сверхлегкой авиации, а именно к летательным аппаратам (ЛА) вертикального взлета и посадки («летающим мотоциклам»). Техническим результатом изобретения является: обеспечение безопасности полета квадрокоптера путем стабилизации полета квадрокоптера по горизонтали при возникновении аварийной (нештатной) ситуации.

Система удаленного контроля и управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) содержит сеть станций организации и управления, контрольный центр. Станция организации и управления содержит камеру кругового обзора, радиочастотный передатчик, систему обработки и передачи информации, блок стационарного питания, блок альтернативного питания.

Изобретение относится к электронным управляющим устройствам транспортных средств. Способ безопасного вождения включает получение данных о передвижении текущего пользователя самобалансирующегося транспортного средства и сравнение этих данных о передвижении с данными о передвижении, соответствующими предварительно установленному уровню пользователя.

Интегрированная система резервных приборов выполнена в виде отдельного блока, содержит датчики полного и статического давления, устройство обработки и преобразования сигналов, вычислитель, модуль пространственной ориентации, устройство управления режимами работы, магнитный зонд, жидкокристаллический индикатор, креноскоп, фотодатчик, устройство компенсации систематической составляющей смещения нуля инерциальных датчиков модуля пространственной ориентации, устройство списания девиационной погрешности с памятью, встроенную систему контроля, устройство анализа, устройство формирования изображения графика девиационных поправок, соединенных определенным образом.

Изобретение относится к способу многопараметрического автоматизированного контроля технического состояния беспилотных транспортных средств (БТС). Способ заключается в том, что предварительно задают совокупность контролируемых параметров определенным образом, измеряют и запоминают контролируемые параметры, определяют характеристики состояния БТС в процессе его функционирования, оценивают остаточный ресурс и предотказное состояние определенным образом, документируют результаты, принимают решение о продлении или окончании эксплуатации БТС в случае достижения значения критического параметра.

Изобретение относится к дистанционному мониторингу транспортных средств. Техническим результатом является усовершенствование процесса определения местоположения и отслеживания транспортного средства.

Изобретение относится к способу управления планирующим беспилотным летательным аппаратом (БПЛА). Для управления БПЛА в каждом цикле наведения на каждую опорную точку решают краевую задачу наведения в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на высоте, равной высоте очередной опорной точки траектории, преобразуют полученные компоненты требуемого ускорения в скоростную и полускоростную системы координат, определяют требуемые значения угла аэродинамического крена и угла атаки.

Изобретение относится к способу автономной ориентации подвижного объекта. Для автономной ориентации подвижного объекта измеряют проекции векторов напряженности результирующего магнитного поля трехосным блоком акселерометров, кажущееся ускорение объекта трехосным блоком акселерометров, абсолютную угловую скорость вращения объекта трехосным блоком гироскопов, выполняют предварительную метрологическую калибровку магнитометров, акселерометров и гироскопов, идентификацию и учет параметров внутренних и внешних помех объекта, алгоритмическую обработку сигналов магнитометров, акселерометров и гироскопов, коррекцию, учет относительных угловых скоростей вращения и редукцию показаний магнитометров, акселерометров и гироскопов, формируют информацию о совокупности базисов векторов геофизических полей и дополнительных векторов в неподвижном и связанном трехгранниках, вычисляют оценки направляющих косинусов и углов ориентации объекта в условиях функциональной избыточности информации, оценки угловых скоростей вращения объекта.

Система предупреждения сваливания содержит датчик угла атаки, средства оповещения, два датчика местных углов атаки, установленные друг от друга на расстоянии не менее 60 % полного размаха крыла, датчики положения элеронов или датчик положения органа управления в поперечном канале, блок управления.

Группа изобретений относится к способу и устройству формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления. Для формирования сигнала угловой стабилизации задают цифровой сигнал углового положения, измеряют цифровой сигнал углового положения, формируют его запаздывание, измеряют аналоговый сигнал угловой скорости, формируют цифровой сигнал рассогласования и преобразовывают его в аналоговый сигнал, формируют выходной сигнал угловой скорости, измеряют сигнал скоростного напора, формируют ограничение сигнала запаздывания определенным образом, задают сигнал минимального скоростного напора, выставляют минимальный уровень сигнала ограничения суммарного сигнала при значениях скоростного напора, равных или меньше, чем минимальное.

Система упреждающего зондирования пространства перед движущимся надводным или подводным судном содержит плавающий и воздушный аппарат, устройство их подвески соответственно в нижней и верхней части судна.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для поиска и уточнения строения месторождений углеводородов и других полезных ископаемых на акваториях, покрытых льдом круглогодично или большую часть года, и повышения эффективности процесса их освоения.
Изобретение относится к области производства подводных работ для зондирования морского дна, прокладки трасс трубопроводов с привязкой к географическим координатам, обнаружения заиленных объектов.

Изобретение относится к подводному плавающему устройству (1), включающему вставку (4), содержащую термопластический материал и полую трубу (7), пену (5) из термопластического материала, по меньшей мере частично, закрывающего вставку (4), наружную обшивку (6), содержащую термопластический материал, который сформирован инжекцией под давлением по пене и находится в контакте с водой во время использования.

Изобретение относится к области кораблестроения и касается буксировки подводных аппаратов, в частности спасательных, подводной лодкой. Предложено устройство для буксировки подводных аппаратов подводной лодкой, устанавливаемое на палубу ПЛ в районе комингс-площадки.

Изобретение относится к области кораблестроения и может быть использовано при выполнении маневра подводной лодки. Предложен способ повышения маневренности подводной лодки, включающей корпус основной подводной лодки с ходовым винтом в кормовой части и с экипажем, которую функционально связывают стыковочным устройством с дополнительной подводной лодкой с дистанционным управлением и ходовым винтом, при этом функциональную связь стыковочного устройства основной подводной лодки позиционно располагают снизу передней части основного корпуса подводной лодки, который выполняют в виде цилиндра, и стыковочное устройство выполняют с возможностью разворота, а нижний конец его фиксируют сверху средней части корпуса дополнительной подводной лодки для выполнения ее разворота при маневре.

Изобретение относится к области кораблестроения и может быть использовано при выполнении перевозки грузов надводным транспортом. Предложен способ реактивного движения грузового судна и повышения его маневренности в ограниченной водной зоне, включающий параллельное расположение корпуса основного транспортного судна с надводной частью и с членами экипажа и корпуса дополнительного транспортного судна с надводной частью без членов экипажа для размещения перевозимого груза, которые соединяют между собой общими полыми трубами жесткости, с нижней части которых располагают и фиксируют герметичные воздушные сосуды обтекаемой цилиндрической конфигурации для активизации грузоподъемности надводного транспорта, один из которых располагают между основным и дополнительным транспортным судном с надводной частью, к полым трубам жесткости фиксируют первый и второй подводный аппарат, которые располагают под корпусом основного и дополнительного транспортного судна, соответственно, и выполняют в виде трубы, один конец которой располагают в кормовой части транспортного судна, а другой в носовой части транспортного судна, внутри которых на противоположных концах трубы фиксируют ходовые винты для перемещения воды внутри трубы из носовой части в кормовую ее часть.

Изобретение относится к области кораблестроения и может быть использовано при выполнении перевозки грузов надводным транспортом. Предложен способ реактивного движения грузового судна и повышения его маневренности в ограниченной водной зоне, включающий параллельное расположение корпуса основного транспортного судна с надводной частью и с членами экипажа и корпуса дополнительного транспортного судна с надводной частью без членов экипажа для размещения перевозимого груза, которые соединяют между собой общими полыми трубами жесткости, с нижней части которых располагают и фиксируют герметичные воздушные сосуды обтекаемой цилиндрической конфигурации для активизации грузоподъемности надводного транспорта, один из которых располагают между основным и дополнительным транспортным судном с надводной частью, к полым трубам жесткости фиксируют первый и второй подводный аппарат, выполненные в виде соосных внешней и внутренней труб, которые располагают с возможностью вращения внутренней трубы относительно внешней трубы, внутри внутренней трубы фиксируют одну спиралевидную лопасть или несколько последовательных спиралевидных лопастей с соосным трубе сквозным отверстием, один конец подводного аппарата располагают под кормовой частью основного и дополнительного транспортного судна соответственно, а второй конец подводного аппарата располагают под носовой их частью для перемещения воды внутри подводных аппаратов из носовой их части в кормовую их часть для создания реактивной тяги.

Изобретение относится к области кораблестроения и может быть использовано при выполнении перевозки грузов надводным транспортом. Предложен способ формирования надводного транспорта для перевозки грузов, включающий корпус транспортного судна с надводной частью и с кабиной управления для размещения перевозимого груза, который посредством полых труб жесткости фиксируют с герметичными воздушными сосудами обтекаемой конфигурации для активизации грузоподъемности надводного транспорта, надводную часть корпуса транспортного судна выполняют в виде платформы, которую позиционно располагают и фиксируют над полыми трубами жесткости, герметичные воздушные сосуды обтекаемой конфигурации для активизации грузоподъемности, которые выполняют в виде эллипса или тороидальной формы, герметично закрывают сверху и снизу крышками сферической формы и располагают их вдоль платформы транспортного судна, первый подводный аппарат с ходовым винтом и второй подводный аппарат с ходовым винтом позиционно располагают и фиксируют по обе стороны герметичных воздушных сосудов обтекаемой конфигурации в кормовой части платформы и в носовой части платформы соответственно для выполнения маневра надводного транспорта в ограниченной водной области.

Изобретение относится к области кораблестроения и касается эксплуатации подводных лодок. Предложен способ повышения маневренности подводной лодки, включающей корпус основной подводной лодки с экипажем и гребными винтами, которую функционально связывают стыковочным устройством с дополнительной подводной лодкой с дистанционным управлением и ходовым винтом.

Изобретение относится к области судостроения и касается выполнения подводных работ с использованием подводного оборудования, предназначенного для поиска и диагностики подводных объектов, а также для проведения монтажных работ.

Изобретение относится к области подводного судостроения, в частности к способам и системам управления дифферентом буксируемых подводных объектов. Предложен способ управления дифферентом буксируемого подводного объекта 1 с узлом крепления гибкой связи 3 в верхней части подводного объекта, заключающийся в том, что для выравнивания положения подводного объекта в носовой части буксируемого подводного объекта горизонтально располагают вал 2 с заданной площадью 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 2 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. Технический результат заключается в улучшении управляемости по дифференту в большом диапазоне скоростей. 2 ил.

Наверх