ВЫСОКОМАНЕВРЕННЫЙ АВТОНОМНЫЙ НЕОБИТАЕМЫЙ ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК B63G8/00 B63G8/00 

Изобретение относится к океанотехнике, а именно к техническим средствам для освоения и исследования морских глубин - подводным аппаратам, преимущественно к автономным необитаемым подводным аппаратам, работающим на любых глубинах.

Общеизвестно, что в автономных необитаемых подводных аппаратах (АНПА) одной из важнейших систем является движительная установка. Именно ее эффективность в значительной мере определяет быстроту и качество выполняемых АНПА операций.

Известен АНПА США "AUSS", движительная установка которого включает кормовые маршевые движители, рули управления и два тоннельных подруливающих устройства [1] . Особенностью движительной установки АНПА "AUSS" является размещение одного подруливающего устройства в носовой части аппарата, а другого - в кормовой части аппарата. Электродвигатели для привода гребных винтов в подруливающих устройствах размещены в цилиндрических тоннелях. В качестве источника энергии на АНПА установлен литиевый электрохимический генератор (ЭХГ). При перемещении АНПА "AUSS" на значительные расстояния используются кормовые маршевые движители, а маневрирование аппаратом на ходу осуществляется рулями. При стабилизации этого аппарата над обследуемым подводным объектом и маневрировании без хода используются подруливающие устройства.

Основными недостатками АНПА "AUSS" являются неэкономичность его движительной установки и относительно высокие массогабаритные характеристики последней. Это обусловлено принятой компоновкой движительной установки на аппарате, а также размещением электродвигателей повышенной мощности непосредственно в тоннелях подруливающих устройств. Описанные особенности конструкции движительной установки и схема ее использования значительно снижают энергоресурс аппарата, а следовательно, и сокращают время работы аппарата под водой.

Известен также АНПА, содержащий корпус и движительную установку, включающую группу из трех или четырех кормовых маршевых реверсивных движителей, расположенных под углом к продольной оси аппарата, и группу носовых подруливающих нереверсивных водометных движителей, расположенных в поперечной плоскости аппарата в носовой его части [2].

Известный аппарат с такой движительной установкой обладает высокими характеристиками при движении на значительных скоростях вперед или назад. В таком режиме движения АНПА преобладают гидродинамические силы, действующие на корпус аппарата, и оказывается удобным кормовое управление непосредственно группой маршевых реверсивных движителей. Известный АНПА обладает высокой маневренностью даже при отсутствии хода и стабилизации. Маневрирование АНПА в таком гидродинамическом состоянии осуществляется за счет интенсивной совместной работы носовой и кормовой групп движителей, при этом носовая группа формирует только поперечные силы, а кормовая - как поперечные, так и продольные силы.

По своей технической сущности, составу существенных признаков и достигаемому техническому результату данный АНПА является наиболее близким к заявляемому.

Основным недостатком известного АНПА данной конструкции является неэкономичность его носовой группы подруливающих движителей и относительно высокие массогабаритные характеристики последних. Эти недостатки обусловлены выполнением носовой группы движителей из трех или четырех нереверсивных водометных движителей с односторонним забором и выбросом воды, при котором вода совершает в их водоводах поворот на 180^o. Такое конструктивное решение подруливающих движителей создает повышенное гидравлическое сопротивление в их водоводах, а следовательно, потребовало установки гребных электродвигателей повышенной мощности.

В основу изобретения поставлена цель создать АНПА, носовая группа подруливающих водометных движителей которого обеспечила бы высокую эффективность при выполнении аппаратом поперечных перемещений и стабилизацию в точке, имея при этом уменьшенные массогабаритные характеристики, высокую эксплуатационную надежность и более низкое потребление электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что в высокоманевренном автономном необитаемом подводном аппарате, содержащем корпус аппарата и движительную установку, включающую группу из трех или четырех кормовых маршевых реверсивных движителей, расположенных под углом к продольной оси аппарата, и группу носовых подруливающих водометных движителей, расположенных в поперечной плоскости аппарата, в поперечной плоскости корпуса аппарата в качестве подруливающих движителей носовой группы установлены вертикальный и лаговый реверсивные водометные движители со сквозными в корпусе аппарата водоводами, при этом водовод каждого движителя выполнен в виде Y-образного канала, состоящего из одного цилиндрического и двух раздельных каналов, причем в цилиндрической части Y-образного канала установлен гребной винт, а электродвигатель для привода последнего размещен в корпусе аппарата непосредственно между двумя раздельными каналами и кинематически связан с гребным винтом.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого АНПА и прототипа показывает, что первый, в отличие от прототипа, имеет следующие существенные отличительные признаки:
- в поперечной плоскости корпуса аппарата в качестве подруливающих устройств движительной носовой группы установлены вертикальный и лаговый реверсивные водометные движители со сквозными в корпусе аппарата водоводами;
- водовод каждого движителя выполнен в виде Y-образного канала, состоящего из одного цилиндрического и двух раздельных каналов;
- в цилиндрической части Y-образного канала установлен гребной винт;
- электродвигатель для привода гребного винта размещен в корпусе аппарата непосредственно между двумя раздельными каналами и кинематически связан с гребным винтом.

Установка в поперечной плоскости аппарата в качестве подруливающих движителей носовой группы вертикального и лагового (горизонтального) реверсивных водометных движителей со сквозными в корпусе аппарата водоводами позволила: устранить разворот воды в водоводах на 180^o и за счет этого существенно снизить гидравлическое сопротивление в водоводах; установить в носовой группе движителей только два движителя (вместо трех или четырех). Тем самым снижены массогабаритные характеристики носовой группы движителей и потребление электроэнергии.

Выполнение водовода каждого движителя в виде Y-образного канала, состоящего из одного цилиндрического и двух раздельных каналов, позволило конструктивно вынести из водовода, за его пределы, электродвигатель привода гребного винта и за счет этого еще дополнительно уменьшить гидравлическое сопротивление в водоводах.

Такое существенное снижение гидравлического сопротивления в водоводах позволило также уменьшить размеры водоводов, установить на аппарате для привода гребных винтов электродвигатели меньшей мощности (без снижения эксплуатационной надежности).

Установка гребного винта в цилиндрической части Y-образного канала водовода и размещение электродвигателя для привода гребного винта в корпусе аппарата непосредственно между двумя раздельными каналами водовода в совокупности с указанными выше существенными отличительными признаками позволило конструктивно выделить носовую группу подруливающих движителей в компактный, малогабаритный модуль и таким образом уменьшить длину АНПА, его массогабаритные характеристики и потребление электроэнергии.

На основании изложенного можно заключить, что все существенные признаки, характеризующие заявляемое изобретение, имеют причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты АНПА. Благодаря данной совокупности существенных признаков стало возможным решить поставленную задачу.

Следовательно, заявленный АНПА является новым и обладает изобретательским уровнем, так как явным образом не следует из уровня техники.

На фиг.1 изображен АНПА с разрезом вертикального подруливающего движителя носовой группы по продольной оси аппарата; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1.

Высокоманевренный автономный необитаемый подводный аппарат содержит обтекаемый корпус 1 и движительную установку, включающую группу кормовых маршевых реверсивных движителей и группу носовых подруливающих реверсивных водометных движителей.

Кормовая группа маршевых реверсивных движителей АНПА включает три или четыре движителя 2, которые расположены под углом к продольной оси аппарата. Данная группа движителей обеспечивает перемещение АНПА вперед и назад, маневрирование по курсу и дифференту, а также активно используется при выполнении аппаратом операций с применением сложного маневрирования по любой пространственной траектории, в том числе и при перемещении аппарата лагом и стабилизации в точке.

Носовая группа подруливающих водометных движителей включает два поперечных реверсивных водометных движителя. Эта группа движителей предназначена только для создания поперечных сил и включается в работу при маневрировании АНПА на малых и очень малых скоростях, когда гидродинамические силы, действующие на корпус аппарата, малы, и необходима одинаково интенсивная работа носовой и кормовой групп движителей.

Каждый поперечный реверсивный водометный движитель носовой группы АНПА идентичен и включает водовод 3, гребной винт 4 и электродвигатель 5 для привода гребного винта 4. Водовод 3 в корпусе 1 аппарата выполнен сквозным в виде Y-образного канала, состоящего из цилиндрической части 6 и двух раздельных каналов 7 с равными поперечными сечениями. Гребной винт 4 установлен в цилиндрической части 6 водовода 3 на валу 8, причем последний, непосредственно у гребного винта 4, установлен в подшипнике скольжения опоры 9. Электродвигатель 5 для привода гребного винта 4 установлен в корпусе 1 аппарата между двумя раздельными каналами 7 и посредством муфты 10 присоединен к валу 8 гребного винта 4.

Перемещение и маневрирование АНПА осуществляется непосредственно его движительной установкой по командам, поступающим с систем управления аппаратом.

Высокоманевренный АНПА работает следующим образом.

Подготовленный к работе АНПА опускают с судна-носителя в воду. Имея минимальную положительную плавучесть, АНПА практически весь погружается в воду, при этом все кормовые маршевые движители 2 также погружаются в воду, а водоводы 3 носовой группы поперечных движителей заполняются водой. При поступлении в движительную установку команды "движение вперед" одновременно включаются электродвигатели всех кормовых маршевых движителей 2 с одинаковым заданным числом оборотов (носовая группа движителей при этом не включается). Создаваемый каждым кормовым маршевым движителем 2 упор имеет две составляющие, одна (большая) из которых направлена вдоль продольной оси аппарата, а другая направлена перпендикулярно первой составляющей. Составляющие упора, направленные вдоль продольной оси АНПА всех кормовых маршевых движителей, суммируются и обеспечивают движение подводного аппарата вперед по заданному курсу. Составляющие, направленные перпендикулярно первым, у всех маршевых движителей также равны по величине, но противоположны по направлению и вследствие этого компенсируют друг друга, не оказывая влияния на движение подводного аппарата вперед по курсу. Для выполнения АНПА маневра по курсу при его движении вперед подается соответствующая команда на маршевые движители 2, установленные в горизонтальной плоскости. Движители 2, установленные в горизонтальной плоскости аппарата, в этом случае создают разные по величине упоры, а следовательно, и разные по величине их составляющие, направленные перпендикулярно продольной оси АНПА. В таком режиме разность составляющих, направленных перпендикулярно продольной оси подводного аппарата, горизонтально установленных маршевых движителей 2 отлична от нуля и под воздействием этой разности составляющих АНПА изменяет курс в необходимую сторону. Аналогичным образом выполняется маневрирование АНПА по дифференту кормовыми маршевыми движителями 2, установленными в вертикальной плоскости АНПА.

Перемещение АНПА задним ходом по курсу или выполнение маневра на заднем ходу осуществляется по соответствующим командам аналогично движению аппарата вперед и маневрированию.

Перемещение АНПА в поперечном направлении, например, перемещение его лагом, правым бортом, при отсутствии хода осуществляется также по соответствующей команде. В этом случае одновременно включаются лаговый (горизонтальный) движитель носовой группы АНПА и маршевые движители 2 кормовой группы, установленные в горизонтальной плоскости аппарата. При этом маршевый движитель 2, установленный с правого борта АНПА, в сторону которого необходимо переместить аппарат лагом, работает на ход вперед, а другой маршевый горизонтальный движитель 2 работает на ход назад. С поступлением указанной команды на лаговый движитель носовой группы включается его электродвигатель 5. Вращение электродвигателя 5 лагового движителя в соответствующую сторону посредством вала 8 передается на его гребной винт 4. Вода, находящаяся в цилиндрической части 6 канала водовода 3 движителя, под воздействием вращения гребного винта 4 с ускорением выбрасывается через два раздельных канала 7 водовода 3. Упор, создаваемый носовым лаговым движителем, и поперечные составляющие упоров, создаваемых горизонтальными кормовыми маршевыми движителями, суммируются, обеспечивая перемещение АНПА лагом с заданной скоростью. Продольные составляющие упоров, создаваемых этими кормовыми маршевыми движителями, компенсируют друг друга.

Для перемещения АНПА лагом в сторону левого борта подается соответствующая команда и все три электродвигателя меняют направление вращения на обратное, при этом носовой лаговый движитель забирает воду через раздельные каналы 7 и выбрасывает через цилиндрический канал 6. Упоры, создаваемые всеми тремя движителями, также суммируются, обеспечивая перемещение АНПА лагом с заданной скоростью в сторону левого борта. Аналогичным образом выполняется перемещение АНПА в вертикальной плоскости. В этом случае в работу включается вертикально установленный движитель носовой группы и соответствующие маршевые движители кормовой группы, установленные в вертикальной плоскости АНПА.

Для стабилизации АНПА в заданной точке по команде включаются все движители. Направление и скорость вращения гребных винтов движителей задается такой, чтобы описанными выше способами исключить продольные, поперечные и угловые перемещения АНПА, т.е. выполнить стабилизацию аппарата в точке.

Автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) предназначен для освоения и исследования морских глубин. АНПА содержит корпус аппарата и движительную установку, включающую группу из трех или четырех кормовых маршевых реверсивных движителей, расположенных под углом к продольной оси аппарата, и группу носовых подруливающих водометных движителей. Конструктивной особенностью АНПА является установка на нем в качестве подруливающих движителей носовой группы вертикального и лагового реверсивных водометных движителей со сквозными в корпусе аппарата водоводами. Водовод каждого такого движителя выполнен в виде Y-образного канала, состоящего из одного цилиндрического и двух раздельных каналов. В цилиндрической части Y-образного канала установлен гребной винт, а электродвигатель для привода последнего размещен в корпусе аппарата непосредственно между двумя раздельными каналами и кинематически связан с гребным винтом. Расположение движителей аппарата обеспечивает повышение маневренных характеристик и его эксплуатационной надежности, а также снижение потребления электроэнергии. 2 ил.

Высокоманевренный автономный необитаемый подводный аппарат, содержащий корпус аппарата и движительную установку, включающую группу из трех или четырех кормовых маршевых реверсивных движителей, расположенных под углом к продольной оси аппарата, и группу носовых подруливающих водометных движителей, расположенных в поперечной плоскости аппарата, отличающийся тем, что в поперечной плоскости корпуса аппарата в качестве подруливающих движителей носовой группы установлены вертикальный и лаговый реверсивные водометные движители со сквозными в корпусе аппарата водоводами, при этом водовод каждого движителя выполнен в виде Y-образного канала, состоящего из одного цилиндрического и двух раздельных каналов, причем в цилиндрической части Y-образного канала установлен гребной винт, а электродвигатель для привода последнего размещен в корпусе аппарата непосредственно между двумя раздельными каналами и кинематически связан с гребным винтом.