БУКСИРУЕМОЕ ПОДВОДНОЕ УСТРОЙСТВО С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ Российский патент 2000 года по МПК B63B21/66 

Изобретение относится к техническим средствам изучения и освоения морей и океанов, в частности к устройствам стабилизации подводных носителей измерительной аппаратуры.

Известны буксируемые подводные устройства (Егоров В.И. Подводные буксируемые системы. Л. "Судостроение", 1981, с. 5-7), состоящие из буксирующего кабель-троса и присоединенного к нему подводного носителя измерительной аппаратуры. При этом кабель-трос прикрепляется либо "за нос", либо "за спину" подводного носителя аппаратуры.

Недостатком зацепления "за нос" подводного носителя является негоризонтальность его пространственной ориентации, что влечет за собой ошибки в проводимых измерениях. Кроме того, возникающий при такой буксировке угол атаки подводного носителя к набегающему потоку будет зависеть от скорости буксировки (увеличиваясь с уменьшением последней).

Для уменьшения угла атаки подводного носителя аппаратуры применяют традиционные хвостовые стабилизаторы, выполненные, например, в виде двух пар взаимно перпендикулярных крыльев (X-образный стабилизатор) или в виде одного цилиндрического крыла (O-образный стабилизатор). Однако хвостовые стабилизаторы, уменьшая угол атаки подводного носителя, не решают задачу его стабилизации в горизонтальном положении.

Лучшими возможностями по горизонтальной стабилизации подводного носителя аппаратуры обладает схема зацепления "за спину".

В этом случае кабель-трос прикрепляется к верхней части подводного носителя аппаратуры так, что главный вектор моментов действующих сил относительно точки подвеса при горизонтальном положении носителя был, возможно, минимальным. Недостатком этой схемы буксировки является сильная зависимость положения подводного носителя от внешних возмущений (изменение скорости буксировки, колебаний судна-буксировщика, волнение моря). Поэтому такая схема зацепления кабель-троса "за спину" применяется лишь при небольших скоростях буксировки.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является устройство для стабилизации подводной буксируемой системы (SU 1094801 A, 1984 г.), содержащее подводный носитель с носовым обтекателем и хвостовым стабилизатором, закрепленный на буксирующем тросе. Отличительным признаком устройства является выполнение носителя аппаратуры со сквозным осевым каналом, снабженным гидродинамическим регулятором площади проходного сечения. Набегающий поток жидкости, проходя через осевой канал, создает реактивную тягу, стабилизирующую подводный носитель и уменьшающую его наклон относительно потока. К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие полной стабилизации подводного носителя в горизонтальной плоскости; чувствительность угла атаки к изменению скорости буксировки; неработоспособность на малых скоростях; сложность и дороговизна технической реализации; невозможность использования со штатным изделием без существенной доработки его конструкции.

Предлагаемое изобретение направлено на существенное повышение стабилизации подводного носителя аппаратуры в горизонтальном положении, нечувствительном к изменению скорости буксировки в широких пределах и к возмущенным движениям судна-буксировщика (качка, рыскание). Горизонтальная стабилизация подводного носителя аппаратуры в свою очередь приводит к повышению точности проводимых океанографических измерений.

Для достижения поставленной задачи в носовой и хвостовой частях подводного носителя аппаратуры установлены разгружающие поплавки, а на кабель-тросе размещены компенсирующие отягощающие грузы. Носовой и хвостовой поплавки уравновешивают подводный носитель аппаратуры в воде по силам и моментам. В результате этого при любой скорости буксировки за счет стабилизирующих гидродинамических сил подводный носитель аппаратуры принимает строго горизонтальное положение, сохраняющееся и при возмущенных движениях судна-буксировщика (качка, рыскание). Отягощающие грузы, размещенные на кабель-тросе, служат для компенсации подъемных сил поплавков и регулирования уровня заглубления подводного носителя аппаратуры. Конструкции разгружающих поплавков в значительной степени произвольны. Однако технологичнее выполнять носовой и хвостовой поплавки соответственно в виде носового обтекателя и хвостового стабилизатора.

На фиг. 1 схематично изображено буксируемое подводное устройство с горизонтальной стабилизацией, общий вид. На фиг. 2 представлены возможные варианты конструкции носового и хвостового поплавков в вариантах их функционального совмещения с носовым обтекателем и хвостовым оперением. Устройство состоит из подводного носителя аппаратуры 1, буксируемого при помощи прикрепленного к нему кабель-троса 2. В носовой части носителя аппаратуры установлен носовой поплавок 3, выполняющий также функции носового обтекателя, а в хвостовой части носителя аппаратуры установлен хвостовой поплавок 4, выполненный, например, в виде хвостового стабилизатора. На кабель-тросе 2 вблизи его конца размещены отягощающие грузы 5.

Буксируемое подводное устройство с горизонтальной стабилизацией работает следующим образом. Носовой 3 и хвостовой 4 поплавки подбираются таким образом, чтобы результирующие векторы сил тяжести и сил Архимеда, действующие на подводный носитель аппаратуры, а также моменты этих сил относительно точки закрепления кабель-троса равнялись нулю. При этом подводный носитель 1 будет полностью уравновешен в воде по силам и моментам. Последнее означает, что при отсутствии движения подводный носитель 1 может принимать произвольную пространственную ориентацию. Однако даже при небольшой скорости буксировки положение подводного носителя 1 будет строго горизонтальным за счет возникновения стабилизирующих гидродинамических сил, обусловленных обтеканием набегающего потока корпуса носителя 1 и хвостовика стабилизатора 4. Отягощающие грузы 5, размещенные на кабель-тросе 2, служат для компенсации подъемных сил поплавков 3, 4 и для регулирования уровня заглубления подводного носителя аппаратуры. Вес и количество грузов 5 определяются заданным режимом буксировки. Носовому поплавку 3 целесообразно придать форму носового обтекателя подводного носителя аппаратуры, необходимого для уменьшения лобового сопротивления и ослабления гидропомех. Для более эффективного гашения колебаний носителя аппаратуры 1 при возмущенном движении хвостовой поплавок 4 можно выполнить в виде соответствующего хвостового стабилизатора (см. фиг. 2), имеющего O-образную, X-образную или какую-либо другую форму. Для увеличения жесткости и прочности устройства разгружающие поплавки 3, 4 следует изготавливать в виде тонкостенной прочной замкнутой оболочки (например, из дюралюминия), заполненной легким несмачиваемым материалом (например, пенопластом).

Поплавковое уравновешивание подводного носителя аппаратуры 1 обеспечивает его горизонтальное положение не только при прямолинейном движении с постоянной скоростью, но также и в нестационарных режимах буксировки: изменение скорости, маневры и возмущенное движение судна-буксировщика (качка, рыскание). Стабильное горизонтальное положение подводного носителя аппаратуры позволит проводить океанографические измерения с высокой степенью точности.

Проведенное компьютерное моделирование движения буксируемого подводного устройства с горизонтальной стабилизацией показало высокую эффективность разработанной системы горизонтальной стабилизации подводного носителя аппаратуры. Даже наиболее неблагоприятные условия эксплуатации - возмущенные движения судна-буксировщика - приводили к незначительным продольным смещениям носителя аппаратуры в горизонтальной плоскости при практически отсутствующем угле атаки.

Предлагаемое устройство отличается простотой и дешевизной исполнения. Более того, предлагаемая схема горизонтальной стабилизации может быть использована практически на любом штатном изделии без каких-либо существенных доработок его конструкции.

Изобретение относится к техническим средствам изучения и освоения морей и океанов, в частности к устройствам стабилизации подводных носителей измерительной аппаратуры. Буксируемое подводное устройство с горизонтальной стабилизацией содержит подводный носитель аппаратуры, который снабжен носовым обтекателем и хвостовым стабилизатором. Подводный носитель аппаратуры закреплен на буксирующем кабель-тросе. В носовой и хвостовой частях подводного носителя установлены разгружающие поплавки. На кабель-тросе размещены отягощающие грузы, компенсирующие выталкивающие силы поплавков. Достигается повышение стабилизации подводного носителя аппаратуры в горизонтальном положении и точности проводимых океанографических измерений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Буксируемое подводное устройство с горизонтальной стабилизацией, содержащее подводный носитель аппаратуры, снабженный носовым обтекателем и хвостовым стабилизатором и закрепленный на буксирующем кабель-тросе, отличающееся тем, что в носовой и хвостовой частях подводного носителя установлены разгружающие поплавки, а на кабель-тросе размещены отягощающие грузы, компенсирующие выталкивающие силы поплавков. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что носовой и хвостовой поплавки выполнены соответственно в виде носового обтекателя и хвостового стабилизатора. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что носовой и хвостовой поплавки изготовлены из тонкой прочной замкнутой оболочки, заполненной легким несмачиваемым материалом.