Устройство бесконтактного ввода данных в приборы управления необитаемого подводного аппарата
Владельцы патента RU 2754160:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" (RU)
Изобретение относится к устройствам ввода данных в приборы управления подводных аппаратов. Устройство включает радиотехническую или оптическую линию связи приборов управления носителя с приборами управления необитаемого подводного аппарата, имеющую с каждой стороны источник тока, входной и выходной усилители, частотно-импульсный модулятор, компаратор, инвертор, передатчик и приемник сигналов. Участок линии связи носителя имеет герметичный разъем, расположенный на пусковой установке, через который передатчик и приемник сигналов, находящиеся внутри пусковой установки, соединяются с приборами управления носителя. Приемник и передатчик носителя имеют защитную шторку и устройство управления ею, передающие на приборы управления носителя информацию о закрытом или открытом положении защитной шторки. Устройство находится в пусковой установке на борту или за бортом носителя. Устройство позволяет вводить в подводный аппарат данные и получать от него ответную информацию, при этом значительно упрощает эксплуатацию разнотипных подводных аппаратов вследствие отказа от аналогичных шпиндельных и электромеханических приборов. 4 ил.
Изобретение относится к устройствам ввода данных в приборы управления подводных аппаратов.
Известно, что на флотах ведущих морских держав широко применяются как автономные, так и телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (НПА) различного назначения. Все они имеют бортовые приборы управления, необходимые для решения задач, свойственных каждому виду НПА. В качестве приборов управления некоторых НПА, например, торпедах и минах, нашли применение приборы глубины и кратности, приборы курса (Обри) и расстояния, приборы потопления, срочности, плавания и другие [1, с. 337-338].
Перед пуском с носителя в указанные приборы НПА вводят маршрутное задание. Ввод маршрутного задания осуществляют вручную или дистанционно, когда НПА размещаются в пусковых устройствах, которые могут располагаться на борту носителя, так и за бортом. Для выработки маршрутного задания используют счетно-решающие приборы управления носителя, а для ввода его в приборы управления НПА - устройства электромеханического или ручного ввода данных [1, с. 338]. Так, например, с появлением торпед и мин ввод данных в их приборы управления осуществлялся вручную путем разворота установочных головок прибора курса. Позднее появились электромеханические приборы для дистанционного ввода данных - шпиндельные устройства (от нем. Spindel - веретено, вал, имеющий правые и левые обороты вращения), которые размещаются на пусковой установке или торпедном аппарате. Они включают устройство разворота шпинделя (шпинделей) на угол, соответствующий вырабатываемым приборами управления данным. Для ввода данных в НПА со шпиндельного устройства шпиндели необходимо опустить, сочленить с установочными головками приборов управления и развернуть на требуемый угол. Перед пуском НПА шпиндели необходимо поднять, чтобы исключить их поломку. Поднимают шпиндели обычно с помощью сжатого газа, подаваемого по газовой магистрали (трубопроводу).
Использование шпиндельных устройств решило задачу дистанционного ввода данных в НПА, но серьезно усложнило их эксплуатацию, так как возникла опасность деформации шпинделей при погрузке, выгрузке и пуске НПА, повысилась вероятность ошибок при вводе данных из-за неправильного сочленения шпинделей с установочными головками приборов управления НПА вследствие невнимательности обслуживающего персонала. Кроме того, ввод данных в приборы управления НПА ограничивается возможностями механизмов разворота шпинделей по углам и скорости. Так, время ввода данных шпиндельным устройством колеблется от 3…10 с в автоматическом режиме до 5…20 с в ручном. Неудобства в эксплуатацию шпиндельных устройств добавляют и трубопроводы, подводящие сжатый воздух или пороховые газы к механизмам подъема шпинделей.
Существуют электромеханические приборы ввода данных в приборы управления НПА, использующие различные электрические разъемы, например, АЭРВД-100 - агрегат электроразрывной водонепроницаемый дистанционный, работающий, как в воздухе, так и в воде [2, с. 2], [3]. Применение электрических разъемов позволяет передавать цифровую информацию и сокращает время ее ввода до 1…1,5 с. Вместе с тем использование электрических разъемов не лишено недостатков - их слабым местом, как и у шпиндельных механизмов, является необходимость точного сочленения контактов и обеспечение герметичности для работы в воде. При стыковке и расстыковке НПА с электрическим разъемом пусковой установки требуется соблюдать осторожность для предотвращения деформации контактов, которые подвержены еще и агрессивному воздействию морской воды и пороховых газов. Кроме того обилие подключаемых кабелей требует осторожного обращения с ними.
Указанные недостатки электромеханических и электрических устройств для ввода данных в приборы управления НПА потенциально снижают эффективность их использования.
Наряду с контактными устройствами обмена информацией между объектами существуют бесконтактные устройства. Одним из них служит инфракрасный порт (ИК-порт) Infra Red Data Association - IrDA, который является разновидностью оптико-волоконной линии связи ближнего радиуса действия и представляет собой группу стандартов, описывающую протоколы физического и логического уровня передачи данных с использованием в качестве среды передачи информации инфракрасный диапазон световых волн [5]. ИК-порт IrDA реализует двустороннюю связь между объектами на расстоянии до 1 м с помощью ИК-излучения с длиной волны 850-900 нм в режиме «точка-точка» [5]. Существует несколько разновидностей IrDA-устройств, которые передают данные со скоростью, зависящей от спецификации ИК-порта (таблица 1).
Наименьшая доступная для ИК-порта скорость 9600 бит/с позволяет осуществлять дистанционную передачу данных объекту и их контроль за доли секунды. Спецификации FIR и VFIR представляют «золотую» середину по производительности и стоимости, так как обладают избыточным быстродействием по отношению к объему информации, необходимой для приборов управления НПА. ИК-порт ввода данных обладает большим модернизационным ресурсом и в перспективе позволит передавать практически любой тип данных от больших массивов числовой или текстовой информации до фото и даже видео файлов [5].
Устройство ИК-порта включает пару, состоящую из инфракрасного излучателя (светодиода) и инфракрасного приемника (фотодиода), расположенных на каждой из сторон линии связи. Наличие передатчика и приемника на каждой из сторон является необходимым для использования протоколов двусторонней передачи данных. В качестве передатчика в ИК-порте применяется светодиод LXHL-NE98, а приемником служит фотодиод ФД256. Используемая ими длина волны сине-зеленого диапазона лучше всего подходит для передачи информации в водной среде.
Описываемое устройство бесконтактной двусторонней передачи данных между двумя объектами (корреспондентами) принимается за прототип изобретения. Устройство включает передатчик (излучатель) и приемник на каждой стороне линии связи, источник тока, входной и выходной усилители, частотно-импульсный модулятор, компаратор и инвертор [5]. Линия связи между объектами (корреспондентами) может быть как радиотехническая, так и оптическая, в зависимости от окружающей среды: если это вода, то используется оптическая линия связи с инфракрасным или сине-зеленым диапазоном, если воздух -радиотехническая.
Источник тока питает схему устройства бесконтактной передачи данных, усилители служат для усиления входного или выходного сигналов, формируемых частотно-импульсным модулятором. Компаратор «обрезает» сигнал и преобразует его в прямоугольную форму, а инвертор переворачивает сигнал, имеющий отрицательную амплитуду [5].
Недостатком такого устройства является невозможность его применения для ввода данных от приборов управления корабля или судна в приборы управления НПА, находящегося в пусковой установке в воздушной или водной среде. Оно не предусматривает возможность приема-передачи данных в объекты, находящиеся в разных физических средах, в условиях резких скачков давления и агрессивного воздействия продуктов сгорания горючих веществ.
Целью изобретения является разработка устройства бесконтактного ввода данных в приборы управления необитаемого подводного аппарата и обмена данными его приборов с приборами управления носителя (корабля, судна или летательного аппарата).
Для достижения цели изобретения предлагается устройство бесконтактного ввода данных в приборы управления необитаемого подводного аппарата, включающее радиотехническую или оптическую линию связи приборов управления носителя с приборами управления необитаемого подводного аппарата, имеющую с каждой стороны источник тока, входной и выходной усилители, частотно-импульсный модулятор, компаратор, инвертор, передатчик и приемник сигналов, отличающееся тем, что дополнительно участок линии связи носителя имеет герметичный разъем, расположенный на пусковой установке, через который передатчик и приемник сигналов, находящиеся внутри пусковой установки, соединяются с приборами управления носителя, приемник и передатчик носителя имеют защитную шторку и устройство управления ею, а также датчики, передающие на приборы управления носителя информацию о закрытом или открытом положении защитной шторки.
Герметичный разъем служит для отделения окружающей среды помещений носителя от среды в пусковой установке и обеспечивает целостность линии связи носителя, связывающей его приборы управления с находящимися внутри пусковой установки приемником и передатчиком.
Защитная шторка предохраняет приемник и передатчик носителя, находящиеся внутри пусковой установки, от агрессивного воздействия среды при эксплуатации НПА: скачков давления и температуры при пуске НПА, а также контакта с морской водой и пороховыми газами. На момент пуска НПА с помощью устройства управления защитной шторкой ее закрывают и защищают приемник и передатчик от указанных воздействий. Для закрытия шторки используется сила давления сжатого газа, подаваемого по трубопроводу. После выхода НПА из пусковой установки и снижения давления газа защитная шторка под действием пружины возвращается в открытое положение. Датчиками открытия/закрытия защитной шторки служат электрические контакты, замыкающие цепь и передающие информацию о закрытом или открытом положении защитной шторки на пункт управления.
Работа устройства бесконтактного ввода данных в приборы управления необитаемого подводного аппарата проиллюстрирована на следующих рисунках:
- фиг. 1 - размещение необитаемого подводного аппарата в пусковой установке;
- фиг. 2 и 3 - работа устройства управления защитной шторкой;
- фиг. 4 - принципиальная схема оптической линии связи.
На фиг. 1 изображен НПА, находящийся в пусковой установке. Цифрами обозначены: 1 - пусковая установка, 2 - передняя крышка пусковой установки, 3 - задняя крышка пусковой установки, 4 - НПА, 5 - отсек с приборами управления НПА, 6 - приемопередающий узел НПА с приемником и передатчиком устройства бесконтактного ввода данных, 7 - приемопередающий узел носителя с приемником и передатчиком устройства бесконтактного ввода данных, 8 - герметичный разъем, 9 - защитная шторка, 10 - поршень с пружиной устройства управления защитной шторкой, 11 - камера для наполнения сжатым газом устройства управления защитной шторкой, 12 - кабель устройства бесконтактного ввода данных носителя, 13 - трубопровод для впуска сжатого газа в устройство управления защитной шторкой.
Фиг. 2 и 3 иллюстрируют работу устройства управления защитной шторкой. На фиг. 2 показано нахождение защитной шторки в открытом положении. При пуске НПА сжатый газ поступает (14) в камеру (11), воздействует на поршень с пружиной (10) и передвигает защитную шторку (9) в закрытое положение (фиг. 3). В результате приемопередающий узел носителя (7) с приемником и передатчиком защищается от повреждающих воздействий повышенного давления, температуры или пороховых газов.
На фиг. 4 приведена принципиальная схема оптической линии связи, используемой в случаях, когда радиотехническая линия связи не действует, например, при нахождении НПА в водной среде. Цифрами на фиг.4 показаны: 15 - входное напряжение, 16 - входной усилитель, 17 - частотно-импульсный модулятор, 18 - выходной усилитель, 19 - светодиод, 20 - фотодиод, 21 - компаратор, 22 - инвертор, 23 - выходное напряжение.
Техническим результатом изобретения является устройство бесконтактного ввода данных в приборы управления необитаемого подводного аппарата, находящегося в пусковой установке на борту или за бортом носителя. Оно позволяет вводить в подводный аппарат данные и получать от него ответную информацию, при этом значительно упрощает эксплуатацию разнотипных подводных аппаратов вследствие отказа от аналогичных шпиндельных и электромеханических приборов.
Источники информации
1. Военно-морской словарь / Гл. ред. В.Н. Чернавин. М.: Воениздат, 1989. - 511 с.
2. А.В. Новиков. Интегрированная ракетная система "Club-N". Обращение с ракетами на корабле. Учебное пособие. СПб.: ВМИ, 2004. - 63 с.
3. Соединители электроразрывные АЭРВД-100. Материалы сайта zavod-elecon.ru
4. Инфракрасный протокол связи IrDA. https://www.ixbt.com/peripheral/irda.html.
Устройство бесконтактного ввода данных в приборы управления необитаемого подводного аппарата, включающее радиотехническую или оптическую линию связи приборов управления носителя с приборами управления необитаемого подводного аппарата, имеющую с каждой стороны источник тока, входной и выходной усилители, частотно-импульсный модулятор, компаратор, инвертор, передатчик и приемник сигналов, отличающееся тем, что участок линии связи носителя имеет герметичный разъем, расположенный на пусковой установке, через который передатчик и приемник сигналов, находящиеся внутри пусковой установки, соединяются с приборами управления носителя, приемник и передатчик носителя имеют защитную шторку и устройство управления ею, а также датчики, передающие на приборы управления носителя информацию о закрытом или открытом положении защитной шторки.
