Стабилизатор глубины погружения с гидродинамическим усилителем привода крыла Российский патент 2021 года по МПК B63B21/00 

Настоящее изобретение относится к области судостроения, в частности к разработкам технических средств для освоения и исследования океана, методами сейсмической разведки, а именно к устройствам, обеспечивающим безопасную работу вблизи морского дна и поддержание стабилизирующего положения на глубине, и может найти применение в проектировании, модернизации подводных аппаратов.

Стабилизаторы подводных аппаратов имеют незаменимое место в сейсмических исследованиях и сейсмическом изображении подземных слоев, до конца не реализованные в технических решениях в настоящее время.

Из существующего уровня техники известны разнообразные стабилизирующие устройства, например, «Стабилизатор», (патент SU 1094801, опубл.1984 г., МПК В63В 21/56, В63В 21/66), закрепленный на буксирующем тросе и выполненный 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. 

Известным недостатком этого стабилизатора является отсутствие полной стабилизации подводного носителя в горизонтальной плоскости за счет чувствительности угла атаки к изменению скорости аппарата, что снижает функциональные возможности и управляемость, а в целом – эффективность.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является «Стабилизатор глубины погружения», ( патент SU 1011446, МПК В63В 21/66; В63С 11/00), опубл.1983г.), содержащий управляемое крыло, шарнирно связанное с верхним концом штанги, нижний конец которой снабжен узлом креп-ления к нему корпуса подводного носителя. В стабилизаторе, при управлении уг-лом атаки крыла происходит изменение результирующей гидродинамических сил, действующих на крыло, что приводит к изменению угла наклона буксирного кабель-троса.

Недостатком данного технического решения является конструктивное выполнение крыла, непозволяющее производить активное управление механизмом крыла в диапазоне заданных углов наклона, обеспечивающих стабилизацию горизонтального положения, что приведет к малой маневренности подводного носителя по глубине. Невозможность самостоятельной установки крыла в горизонтальное положение при погружении подводного средства приводит к снижению общей функциональности и отказу от активного управления механизма крыла, что в комплексе снижает эффективность стабилизатора в целом.

Решаемой задачей полезной модели является создание эффективного стабилизатора для подводных средств, предполагающих безопасную работу по обеспечению исследований вблизи морского дна с учетом окружающего ландшафта и гарантирующего полное горизонтальное положение стабилизатора посредством активного управления механизма крыла.

Техническим результатом изобретения является создание эффективного стабилизатора глубины погружения с гидродинамическим усилителем привода крыла путем повышения активного управления механизма крыла и поддержания его стабилизирующего горизонтального положения за счет расширения функциональных возможностей.

Технический результат достигается тем, достигается тем, что в Стабилизаторе глубины погружения с гидродинамическим усилителем привода крыла, содержащем оголовок, корпус, снабженный узлами подвесов к нему носителя подводного аппарата со стыкующимися секциями и поплавка, элементы аппаратуры и оборудования, хвостовой обтекатель, крыло, шарнирно соединенное с оголовком, согласно которому, введены задатчик глубины со штоком и пружиной, поворотный механизм, заслонка с окнами, при этом оголовок, являющийся приемником гидродинамического давления от потока, расположен в корпусе стабилизатора и выполнен с центральным осевым отверстием, причем в центрально-осевое отверстие оголовка введен пружинно-мембранный механизм, состоящий из мембраны, пружины, задатчика глубины, поворотного механизма, который связан с задатчиком глубины через шток, расположенный в корпусе оголовка, опирающийся на пружину задатчика глубины и поворотный механизм, состоящий из штока с серьгой, при этом крыло шарнирно закреплено на кронштейне и расположено над оголовком, кроме того, в крыло введена мембрана, разделяющая внутренний объем крыла на две полости, верхнюю и нижнюю, введена тяга, с помощью которой мембрана соединена с поворотным механизмом для создания вертикальной гидродинамической силы, поворачивающей крыло, а в оголовок введены каналы, один из которых соединен с верхней полостью мембраны, а другой – с нижней, при этом заслонка с окнами расположена в полости осевого отверстия и соединена с задатчиком глубины, пружиной, через шток и выполнена с возможностью совмещения открытия и перекрытия каналов для отклонения и погружения крыла, и поддержания стабилизирующего горизонтального положения.

НОВИЗНА

Предлагаемое техническое решение позволяет создать эффективный стабилизатор глубины погружения с гидродинамическим усилителем привода крыла для подводных исследований, расширяя возможности применения стабилизатора за счет снижения требований к энергопотреблению, веса конструкции, и повышению манёвренности стабилизатора. Эффективность стабилизатора достигается путем повышения активного управления механизма крыла, за счет расширения функциональных возможностей, а именно, введения пружинно-мембранного механизма, состоящего из мембраны и пружинного механизма ,состоящего из мембраны, пружины задатчика, для привода управления крылом, и поворотного механизма, состоящего из штока и серьги, с возможностью создания вертикальной гидродинамической силы, направленной на поворот крыла. Введение в конструкцию этого механизма позволяет уменьшить необходимые усилия для изменения угла наклона крыла до заданного, обеспечивающего горизонтальное стабилизирующее положение на глубине, вследствие чего уменьшается энергопотребление, а также снижается количество необходимых кабелей меньшего диаметра, что приведет к снижению веса конструкции и повышению маневренности, а значит к уменьшению времени, затраченному на исследование, а в целом к повышению эффективности стабилизатора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг.1 представлен общий вид стабилизатора

На фиг.2 представлено профильное сечение части стабилизатора

На фиг.3 представлено фронтальное сечение части стабилизатора

Где 1-оголовок; 2-корпус; 3-центрально-осевое отверстие оголовка (Заборник гидродинамического давления); 4-окна; 5-заслонка; 6-каналы; 7-обтекатель хвостовой; 8-крыло; 9-тяга; 10-шток; 11-серьга; 12-мембрана крыла; 13-верхняя полость крыла; 14-нижняя полость крыла; 15-шток; 16-пружина задатчика глубины; 17-мембрана пружины; 18-кронштейн; 19-узел подвеса передний; 20-узел подвеса задний; 21-задатчик глубины; 22-блок телеметрии; 23- компас магнитный; 24-блок автономного питания; 25-датчик глубины; 26-антенный блок; 27-поплавок; 28-подводный аппарат; 29-стык секций подводного аппарата.

Предлагаемое изобретение содержит оголовок 1, находящийся в корпусе стабилизатора и являющийся конструктивным элементом, предназначенным для интеграции системы гидродинамического усиления действия задатчика глубины 21, корпус 2 которого соединен с поплавком 27 узлами подвеса 19 и 20, к подводному аппарату 28 с его стыками 29 и предназначен для размещения аппаратуры и оборудования 22, 23, 24, 25 требующих защиты от воздействия гидростатического давления воды, а также для соединения в единое целое составных частей стабилизатора; хвостовой обтекатель 7 служит для создания дополнительных объемов под аппаратуру и придания корпусу обтекаемости; крыло 8 предназначено для создания вертикальной гидродинамической силы, управляющей глубиной хода стабилизатора.

Стабилизатор глубины погружения с гидродинамическим усилителем привода крыла работает следующим образом:

Гидроусилителем привода крыла является само крыло 8 и пружинно-мемб-ранный механизм, который состоит из мембраны пружины 17, задатчика глубины 21, поворотного механизма, состоящего из штока 10 и серьги 11, а также введения заслонки 5 с окнами 4. Особенностью оголовка 1 является то, что он является при-емником гидродинамического давления от потока.

Глубина задается дистанционно с судна-буксировщика с помощью аппарату-

ры и оборудования 23, 25,. Команда задания глубины идет в следующей последо-вательности: блок питания 24, - передающая антенна 2 - блок телеметрии 22, - за-датчика глубины 21. При этом оголовок 1, являющийся приемником гидродинами-ческого давления от потока, расположен в корпусе стабилизатора 2 и выполнен с центральным осевым отверстием, причем в центрально-осевое отверстие оголовка 1 введен пружинно-мембранный механизм, который связан с задатчиком глубины 21 через шток 15, расположенный в корпусе оголовка 1 опирающийся на пружину за-датчика глубины 16 и поворотный механизм, при этом крыло 8 шарнирно закреп-лено на кронштейне 18 и расположено над оголовком 1. Кроме того, в крыло 8 ведена мембрана 12, разделяющая внутренний объем крыла на две полости, верх-нюю 13 и нижнюю 14. При этом заслонка 5 с окнами 4 расположена в полости осевого отверстия 3 и соединена с задатчиком глубины 21, пружиной 16 через шток 15 и выполнена с возможностью совмещения открытия и перекрытия каналов 6 для отклонения и погружения крыла 8. В результате задания команды, пружина 16 задатчиком глубины 21 сожмется до определенного усилия. Если при этом стабили-затор находится выше заданной глубины, то усилие сжатия пружины 16 будет пре-восходить силу давления воды на мембрану 17, которая соединена с заслонкой 5, в результате чего последняя прогнется наружу и переместит связанную с ней заслонку 5 штоком 15. Одно из окон 4, расположенных в заслонке 5, совместится с просве-том одного из каналов 6, который связан с полостью над мембраной 12 крыла 8. В результате полость над мембраной 12 соединится с полостью заборника гидродина-мического давления 3 и в полость над мембраной 12 будет подведено гидродинами-ческое давление, а в полость под мембраной-гидростатическое. Под действием разности давлений мембрана 12, которая с помощью тяги 9 соединена с поворот-ным механизмом, состоящим из штока 10 с серьгой 11, будет перемещаться вниз, что приведет к повороту крыла 8 на отрицательный угол. На крыле 8 будет соз-даваться вертикальная гидродинамическая сила, направленная вниз. Под действием этой силы стабилизатор будет перемещаться вниз, увеличивая глубину погружения. Как только глубина превысит заданную, мембрана 17 прогнется в обратную сторо-ну, что приведет возврат крыла 8 в обратное положение. Стабилизатор будет совер-шать колебательное движение возле заданной глубины. Благодаря силам трения в подвижных элементах, а именно крыле 8, штоке 10, серьге 11, заслонке 5, пружине 16, мембране 12, штоке 15 наступит равновесие и вся система застабилизируется в горизонтальном положении на глубине близкой к заданной .

За счет расширения функциональных возможностей путем механической автоматизации введенных пружинно-мембранного и поворотного механизмов, позволяющих повысить активное управления механизма крыла в диапазоне заданных углов, обеспечивающих стабилизацию горизонтального положения и уменьшающих усилия, необходимые для изменения угла наклона крыла, что в свою очередь снижает энергопотребление за счет снижения количества необходимых кабелей, что приведет к снижению веса конструкции и повышению маневренности стабилизатора, позволяющих снизить энергозатраты на поддержание заданной глубины а все это повышает эффективность стабилизатора в целом.

По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, заявляемое техническое решение позволяет получить эффективный стабилизатор глубины погружения с гидродинамическим усилителем привода крыла путем введения мембранно-пружинного механизма, состоящего из мембраны, пружины, задатчика глубины для привода управления крылом, и поворотного механизма, состоящего из штока и серьги, тяги, для создания вертикальной гидродинамической силы, направленной на поворот крыла, что позволяет повысить активное управление механизма крыла, а также за счет введения заслонки с окнами для открывания и перекрытия каналов и отклонения в диапазоне заданных углов и погружения крыла, обеспечивающих стабилизацию горизонтального положения. А именно, введение данного механизма позволяет регулировать усилия, необходимые для изменения угла наклона крыла, расширяя функциональные возможности стабилизатора, что в свою очередь снижает энергопотребление, то есть снижая количество необходимых кабелей, что приведет к снижению веса конструкции и повышению маневренности стабилизатора, а значит и уменьшению времени, затраченному на исследование, тем самым увеличивая эффективность стабилизатора. При этом снижение веса конструкции снижает стоимость производства, что позволит применять аппарат для работы на глубине с меньшими затратами.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к разработкам технических средств для освоения и исследования океана, методами сейсмической разведки. Стабилизатор глубины погружения с гидродинамическим усилителем привода крыла содержит оголовок, корпус, снабженный узлами подвесов к нему носителя подводного аппарата со стыкующимися секциями и поплавка, элементы аппаратуры и оборудования, хвостовой обтекатель, крыло, шарнирно соединенное с оголовком. Оголовок, являющийся приемником гидродинамического давления от потока, расположен в корпусе стабилизатора и выполнен с центральным осевым отверстием. В центрально-осевое отверстие оголовка введен пружинно-мембранный механизм, состоящий из мембраны, пружины, задатчика глубины, поворотного механизма. Крыло шарнирно закреплено на кронштейне и расположено над оголовком, кроме того, в крыло введена мембрана, разделяющая внутренний объем крыла на две полости, верхнюю и нижнюю, введена тяга, с помощью которой мембрана соединена с поворотным механизмом. В оголовок введены каналы, один из которых соединен с верхней полостью мембраны, а другой – с нижней. Заслонка с окнами расположена в полости осевого отверстия и соединена с задатчиком глубины, пружиной, через шток и выполнена с возможностью совмещения открытия и перекрытия каналов для отклонения и погружения крыла, и поддержания стабилизирующего горизонтального положения. Достигается повышение активного управления механизма крыла и поддержания его стабилизирующего горизонтального положения за счет расширения функциональных возможностей. 3 ил.

Стабилизатор глубины погружения с гидродинамическим усилителем привода крыла, содержащий оголовок, корпус, снабженный узлами подвесов к нему носителя подводного аппарата со стыкующимися секциями и поплавка, элементы аппаратуры и оборудования, хвостовой обтекатель, крыло, шарнирно соединенное с оголовком, отличающийся тем, что введены задатчик глубины со штоком и пружиной, поворотный механизм, заслонка с окнами, при этом оголовок, являющийся приемником гидродинамического давления от потока, расположен в корпусе стабилизатора и выполнен с центральным осевым отверстием, причем в центрально-осевое отверстие оголовка введен пружинно-мембранный механизм, состоящий из мембраны, пружины, задатчика глубины, поворотного механизма, который связан с задатчиком глубины через шток, расположенный в корпусе оголовка, опирающийся на пружину задатчика глубины и поворотный механизм, состоящий из штока с серьгой, при этом крыло шарнирно закреплено на кронштейне и расположено над оголовком, кроме того, в крыло введена мембрана, разделяющая внутренний объем крыла на две полости, верхнюю и нижнюю, введена тяга, с помощью которой мембрана соединена с поворотным механизмом для создания вертикальной гидродинамической силы, поворачивающей крыло, а в оголовок введены каналы, один из которых соединен с верхней полостью мембраны, а другой – с нижней, при этом заслонка с окнами расположена в полости осевого отверстия и соединена с задатчиком глубины, пружиной, через шток и выполнена с возможностью совмещения открытия и перекрытия каналов для отклонения и погружения крыла, и поддержания стабилизирующего горизонтального положения.