Автономный необитаемый подводный аппарат-амфибия
Владельцы патента RU 2713494:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к области подводной робототехники, в частности к автономным необитаемым подводным аппаратам (АНПА), и может быть применено в разного рода операциях и исследованиях под водой, на водной поверхности и на суше. Автономный необитаемый подводный аппарат-амфибия содержит корпус с размещенной в нем балластной системой и шнековые движители, установленные по обе стороны корпуса симметрично относительно продольной оси корпуса ниже ватерлинии. Движители сообщены через герметичные электромагнитные муфты с электродвигателями, а балластная система включает главную цистерну и концевые дифферентные цистерны, систему управления, в состав которой входят датчики давления, крена и дифферента, а также перистальтический насос осушения или наполнения цистерн. Достигается упрощение трансмиссии, уменьшение массовых и габаритных характеристик устройства, расширение функциональных возможностей АНПА-амфибии. 4 ил.
Изобретение относится к области подводной робототехники, в частности к автономным необитаемым подводным аппаратам (АНПА), и может быть применено в разного рода операциях и исследованиях под водой, на водной поверхности и на суше.
Известно, что существует целый класс задач, связанных с работами на границах двух сред (сухопутной и водной), например, в прибрежном мелководье, в дельтах рек, в озерно-болотных системах, во льду с промоинами, в затопленных естественных (пещеры) и искусственных (шахты) подземных пустотах. Для передвижения по поверхности и в толще воды известные АНПА оборудуются гребными винтами или гидрореактивными (водометными) движителями. Для того, чтобы они могли перемещаться по суше, их дополнительно оборудуют гусеницами или колесами, что усложняет трансмиссии, а, следовательно, увеличивает вес и габариты АНПА. В то же время шнековый движитель широко используется в шнекоходах-амфибиях, передвигающихся по поверхности воды, по снегу и по мягкому или сыпучему грунту. Известны также способы модификации шнекового движителя для использования его при движении АНПА под водой, например, «V-образно спаренный шнековый движитель для плавсредств» авторов Попова А.И. и Щеклеина С.Е. по патенту RU 2613472.
Прототипом к заявляемому изобретению выбран АНПА с модифицированным шнековым движителем, описанным в патенте RU 2613472 С1, 16.03.2017 «V-образно спаренный шнековый движитель для плавсредств» авторов Попова А.И. и Щеклеина С.Е. Согласно патенту №2613472, V-образно спаренный шнековый движитель для плавсредств в варианте подводного судна содержит в кормовой части на транцевой плите расположенные под углом шнеки, управляемые мотор-редукторами скорости и направления вращения шнеков. Транцевая плита с расположенными на ней мотор-редукторами со шнековыми движителями имеет возможность поворачиваться в вертикальной плоскости с помощью закрепленного на ее оси мотор-редуктора углового поворота плиты. Редуцированные до нескольких витков шнеки V-образно спаренного шнекового движителя по своей конструкции приближаются к гребным винтам.
Недостаток известного устройства заключается в том, что предложенный V-образно спаренный шнековый движитель нельзя использовать для передвижения по грунту. Это означает, что аппарат, оборудованный модифицированным таким образом шнеком теряет способность перемещаться по суше. Кроме того, использование поворотного винта рассчитано на динамическое погружение АНПА, что подразумевает непрерывный расход электроэнергии АНПА, а значит, исключает режим «зависания» или дрейфа без движения на заданной глубине и сокращает рабочую автономность аппарата.
Задача настоящего изобретения состоит в разработке АНПА-амфибии, способного перемещаться по поверхности и в толще воды, а также по снегу, мягкому или сыпучему грунту, в том числе и по дну, что предоставляет широкие возможности для различных научных и прикладных операций и исследований, для акустической, видео- и фотосъемки, а также для картографирования в различных средах и на границе раздела сред.
Технический результат изобретения заключается в создании АНПА-амфибии, способного передвигаться не только в толще воды и по ее поверхности, но также по снегу, мягкому и сыпучему грунту и по дну, используя только шнековые движители. При этом упрощается трансмиссия, улучшаются весовые и габаритные характеристики АНПА-амфибии по сравнению с амфибиями, снабженными, например, гусеничным и винтовым движителями. АНПА-амфибия получает также способность удерживаться на заданной глубине без движения и при минимальном расходовании электроэнергии в режиме дрейфа при проведении различных операций и исследований, что увеличивает рабочую автономность аппарата. Все это расширяет функциональные возможности АНПА-амфибии.
Технический результат достигается тем, что автономный необитаемый подводный аппарат-амфибия содержит корпус с размещенной в нем балластной системой и шнековые движители, установленные по обе стороны корпуса симметрично относительно продольной оси корпуса ниже ватерлинии, при этом движители сообщены через герметичные электромагнитные муфты с электродвигателями, а балластная система включает главную цистерну и концевые дифферентные цистерны, систему управления, в состав которой входят датчики давления, крена и дифферента, а также перистальтический насос осушения или наполнения цистерн.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами.
На фиг. 1. представлен вид сверху АНПА-амфибии.
На фиг. 2. - его же вид с правого борта.
На фиг. 3. - его же вид с кормы.
На фиг. 4. - гидравлическая схема балластной системы.
Показанное на фиг. 1. устройство состоит из корпуса 1 автономного необитаемого аппарата-амфибии, вынесенных симметрично относительно его продольной оси и находящихся ниже ватерлинии, вращающихся навстречу друг другу шнековых движителей 2, число которых должно быть четным (2, 4 и т.д.), балластных цистерн (главной и концевых) 3, блока аккумуляторов 4, блока управления балластной системой 5, блока управления движением 6, навигационной системы 7, электродвигателя бесконтактного (через герметичную электромагнитную муфту) привода левого шнека 8 и электродвигателя бесконтактного привода (через герметичную электромагнитную муфту) правого шнека 9. (Герметичные электромагнитные муфты на фиг. 1. условно не показаны) В носовой части АНПА-амфибии размещается полезная нагрузка 10.
Гидравлическая схема балластной системы представлена на фиг. 4. Она состоит из перистальтического управляемого насоса 11, управляемых вентилей 12 и балластных цистерн 3. Управление насосом осуществляется блоком управления балластной системой 5.
Движение АНПА-амфибии по поверхности и в толще воды, а также по снегу, грунту, в том числе и по дну, осуществляется шнековыми движителями, расположенными симметрично относительно продольной оси АНПА, находящихся ниже ватерлинии, вращающихся навстречу друг другу приводимыми во вращение через герметичные электромагнитные муфты электродвигателями соответственно левого 8 и правого шнека 9 по командам, поступающим от блока управления движением 6 по данным навигационной системы 7.
Для погружения на заданную глубину блок управления балластной системой 5, получив команду от блока управления движением 6, включает насос 11 и открывает вентили 12, заполняя балластные цистерны (главную и концевые (дифферентные)) 3 в соответствии с заданной программой. Наполнение балластных цистерн 3 происходит под управлением блока 5, получающего данные о глубине погружения, крене и дифференте от блока управления движением 6.
Всплытие на поверхность осуществляется путем осушения цистерн 3 насосом 11 по командам блока управления балластной системой 5. Осушение балластных цистерн проводится также перед выходом АНПА-амфибии на сушу.
Для передвижения по суше АНПА-амфибия использует известным образом шнековые движители. Таким образом достигается поставленная задача создания АНПА-амфибии, способного перемещаться по поверхности и в толще воды, а также по снегу, мягкому или сыпучему грунту.
Автономный необитаемый подводный аппарат-амфибия, характеризующийся тем, что содержит корпус с размещенной в нем балластной системой и шнековые движители, установленные по обе стороны корпуса симметрично относительно продольной оси корпуса ниже ватерлинии, при этом движители сообщены через герметичные электромагнитные муфты с электродвигателями, а балластная система включает главную цистерну и концевые дифферентные цистерны, систему управления, в состав которой входят датчики давления, крена и дифферента, а также перистальтический насос осушения или наполнения цистерн.
