Подводный аппарат Российский патент 2024 года по МПК B63C11/52 B63G8/08 

Изобретение относится к техническим средствам для исследования и освоения мирового океана и водоемов, а именно к дистанционно-управляемым подводным необитаемым аппаратам.

Известны подводные аппараты, содержащие корпус каркасного типа и движительный комплекс, включающий группу из нескольких ОТКРЫТЫХ кормовых маршевых реверсивных лопастных движителей с электродвигателем.

Из уровня техники известен телеуправляемый аппарат «ГНОМ» (https://gnomrov.ru/products/gnom-standard/), имеющий корпус каркасного типа, несколько электродвигателей с лопастными движителями, расположенными в круговых насадках, и необходимое для эксплуатации оборудование - видеокамеры, светодиодные осветители и кабели и т.п.

Недостатком аналога является размещение маршевых лопастных движителей вместе с гребными электродвигателями в круговых насадках, размещенных в задней части устройства вдоль движения, и необходимость дополнительного привода или движителей для маневрирования. Такое конструктивное решение аппарата значительно снижает эффективность перемещения из-за дополнительного сопротивления, создаваемого разным узлами аппарата внутри каркаса при обтекании воды при входе в направляющие насадки. Дополнительно, вращающиеся лопастные движители могут затянуть внутрь круговой насадки струей воды различные предметы, находящиеся в воде: обрывки сетей, проводов, водоросли, тушки кальмаров, осьминогов и т. п. Кроме этого, открытые винты легко могут повредить недоброжелатели.

Указанный недостаток частично устранен в наиболее близком к изобретению устройстве, взятым за прототип, которое представляет из себя автономный необитаемый подводный аппарат (патент RU2746094, опубл. 06.04.2021) содержащий корпус аппарата и движительную установку, включающую группу из четырех кормовых маршевых реверсивных движителей, выраженных, например, в виде гребных винтов, при этом маршевые движители расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси подводного аппарата Х-образно таким образом, что оси всех движителей находятся в плоскости, размещенной под углом 45° к основной плоскости аппарата. Подобное расположение движителей повышает маневренность аппарата при его передвижении в трехмерном пространстве по сравнению с аналогом.

Недостатком прототипа является недостаточное количество движителей и расположение их в одной плоскости, что снижает эффективность передвижения аппарата в трехмерном пространстве и делает невозможным мгновенный поворот аппарата более чем на 90° и его разворот. Кроме этого, в случае выхода из строя одного из имеющихся движителей аппарат будет передвигаться с затруднениями, что приведет к потере самого аппарата.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности перемещения и маневрирования аппарата в трехмерном пространстве с возможностью стабилизации в точке водного пространства, устойчивого нахождения на поверхности, в т.ч. с наклоном, а также повышение эксплуатационной надежности аппарата.

Указанный технический результат достигается за счет того, что корпус подводного аппарата выполнен в виде каркаса в форме параллелепипеда из труб, являющихся ребрами параллелепипеда и соединенных под углом 90° с помощью бессварных соединительных муфт. Такое соединение сделано на расстоянии 15-20% длины трубы от открытых концов, через которые происходит всасывание или выбрасывание воды при движении. При этом внутри каждой из труб установлен реверсивный осевой водометный движитель, создающий силы упора для движения аппарата при вращении движителей при подаче электропитания от разъема по кабелям управление и связи, прикрепленным к трубам. Также на каждой из вертикальных труб в нижней части расположено отверстие на расстоянии не менее одной четверти и не более половины длины трубы от нижнего ее конца.

Выполнение корпуса в виде каркаса в форме параллелепипеда из труб и расположение в каждой из них реверсивного осевого водометного движителя создает возможность мгновенной смены направления движения аппарата на любой угол и остановки аппарата в конкретной точке водного пространства за счёт компенсации с помощью движителей всех внешних сил, действующих на подводный аппарат, что значительно повышает маневренность аппарата.

Соединение труб с помощью бессварных соединительных муфт создает возможность оперативной замены трубы в случае необходимости, что повышает эксплуатационную надежность аппарата.

Расположение отверстий на вертикальных трубах в нижней части создает возможность для беспрепятственного, без затягивания посторонних предметов, входа и выхода потоков воды при работе реверсивных осевых водометных движителей, что также повышает эксплуатационную надежность аппарата.

Кроме этого, отсутствие открытых электродвигателей с лопастями и элементов поворота уменьшает энергопотребление, снижает вероятность поломки при контакте аппарата с предметами внешней среды и обеспечивает возможность дальнейшего перемещения аппарата в случае поломки одного или нескольких движителей, что также повышает его эксплуатационную надежность аппарата.

Скорость движения аппарата меняется изменением количества оборотов движителей, а изменение направления движения аппарата выбором направления вращения определенных движителей для получения необходимых векторов сил упора.

Таким образом, предложенное решение повышает эффективность передвижения аппарата в трехмерном пространстве, создает возможность стабилизировать подводный аппарат и повышает эксплуатационную надежность аппарата.

Сущность технического решения поясняется фигурами, на которых изображено:

- на фиг. 1 – каркас подводного аппарата в форме параллелепипеда из двенадцати труб;

- на фиг. 2 – место соединения труб каркаса с помощью бессварных соединительных муфт;

- на фиг. 3 – реверсивный осевой водометный движитель внутри трубы каркаса;

- на фиг. 4 – пример реализации работы устройства в морской среде.

Предложенный подводный аппарат состоит из корпуса, который имеет вид каркаса в форме параллелепипеда, при этом каркас состоит из двенадцати труб 1-12, являющихся ребрами параллелепипеда и имеющих открытые концы (см. фиг. 1). Трубы соединены с помощью бессварных соединительных муфт 18 на расстоянии 15-20% их длины от открытых концов (см. фиг. 2). В каждой трубе расположен реверсивный осевой водометный движитель 13, каждый их которых выполнен с возможностью закрепления внутри труб (см. фиг. 3). При этом вертикальные трубы 1-4 содержат отверстия 14 на расстоянии не менее одной четверти и не более половины длины труб снизу (см. фиг. 1). На верхней горизонтальной трубе 5 расположен разъем 15, который выполнен с возможностью использования для подключения от судна сопровождения 16 кабелей управления и связи 17, при этом разъем 15 выполнен таким образом, что от него могут идти отдельные кабели управления и электропитания ко всем реверсивным осевым водометным движителям 13, при этом кабели управления и связи могут быть закреплены на трубах 1-12 (см. фиг. 4).

Реверсивные осевые водометные движители 13 в трубах 1-4 могут быть использованы для вертикального передвижения, а реверсивные осевые водометные движители 13 в трубах 5-8 и 9-12 используются для горизонтального передвижения.

Предложенный аппарат работает следующим образом.

В исходном состоянии подводный аппарат с кабелями управления и связи 17, выходящими с судна сопровождения 16, может с помощью реверсивных осевых водометных движителей 13 и системы плавучести находится в воде в равновесном состоянии. Аппарат поддерживается в равновесном состоянии в заданной точке (координатах) водного объема программой контроля на судне сопровождения 16, откуда питание подается по кабелю управления и связи 17 на разъем 15 для распределения на соответствующие реверсивные осевые водометные движители 13, которые компенсируют воздействие возмущений по трем осям.

При работе на дне водоема или на поверхности объекта аппарат прижимается работой реверсивных осевых водометных движителей 13 в вертикальных трубах 1-4 к грунту или поверхности объекта, на котором проводится работа.

При работе аппарата на дне водоема движители в вертикальных трубах 1-4 каркаса, гонят воду вверх и прижимают на дно для дополнительной устойчивости, а движители в горизонтальных трубах 5-12 компенсируют реакцию от работы манипуляторов.

Для незначительного передвижения над дном или поверхностью объекта реверсивные осевые водометные движители 13 в вертикальных трубах 1-4 гонят воду вниз и приподнимают аппарат для исключения трения о поверхность, при этом посторонние предметы, всасываемые внутрь аппарата через вертикальные трубы 1-4 могут выходить из них через отверстия 14. Реверсивные осевые водометные движители 13 в горизонтальных трубах 5-12 перемещают аппарат в необходимом направлении, с поворотом вокруг вертикальной оси при необходимости, до места работы, где реверсивные осевые водометные движители 13 в вертикальных трубах 1-4 гонят воду вверх и прижимают аппарат к поверхности.

Для горизонтального движения аппарата работают реверсивные осевые водометные движители 13 в горизонтальных трубах 5-8 или 9-12 с выбросом воды в противоположную от направления движения сторону. Поворот аппарата в горизонтальной плоскости в зависимости от угла и направления поворота изменяется числом оборотов реверсивных осевых водометных движителей 13 в горизонтальных трубах 5-8 или 9-12 соответствующей стороны.

Для подъема с дифферентом вверх реверсивные осевые водометные движители 13 в трубах 5, 6 останавливаются и аппарат начинает подъем по наклонной вверх прямо, при остановке одного реверсивных осевых водометных движителей 13 в трубе 5 или в трубе 6 подъем будет по спирали с закруткой в сторону остановленного движителя. Для подъема вертикально вверх реверсивные осевые водометные движители 13 в трубах 1-4 гонят воду вниз, а для подъема по спирали регулируются обороты одного из этих движителей.

При выходе из строя одного или нескольких реверсивных осевых водометных движителей 13 аппарат может продолжать свое движение благодаря другим рабочим движителям. Например, в случае выхода из строя реверсивного осевого водометного движителя 13 в горизонтальной трубе 5 движение горизонтально вперед может осуществляться с помощью реверсивных осевых водометных движителей 13 в трубах 6 и 7. Таким образом, предложенный аппарат обладает большей живучестью по сравнению с прототипом.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый подводный аппарат может быть изготовлен на основании приведенного описания и чертежа и использован для исследования и освоения мирового океана.

Изобретение относится к техническим средствам для исследования и освоения мирового океана и водоемов, а именно к дистанционно-управляемым подводным необитаемым аппаратам. Подводный аппарат состоит из корпуса и движительной установки. В качестве движительной установки используется группа из двенадцати реверсивных осевых водометных движителей, а корпус аппарата выполнен в виде каркаса в форме параллелепипеда из двенадцати труб, в каждой из которых расположен реверсивный осевой водометный движитель, и которые имеют открытые концы для свободного прохода воды через движители. Трубы соединены с помощью бессварных соединительных муфт на расстоянии 15-20% длин труб от открытых концов, а на одной из верхних горизонтальных труб расположен разъем, выполненный с возможностью подключения к нему кабелей управления и связи. Достигается повышение эффективности перемещения и маневрирования аппарата в трехмерном пространстве с возможностью стабилизации в точке водного пространства, устойчивого нахождения на поверхности, а также повышение эксплуатационной надежности аппарата. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Подводный аппарат, состоящий из корпуса и движительной установки, отличающийся тем, что в качестве движительной установки используется группа из двенадцати реверсивных осевых водометных движителей, а корпус аппарата выполнен в виде каркаса в форме параллелепипеда из двенадцати труб, в каждой из которых расположен реверсивный осевой водометный движитель, и которые имеют открытые концы для свободного прохода воды через движители, при этом трубы соединены с помощью бессварных соединительных муфт на расстоянии 15-20% длин труб от открытых концов, а на одной из верхних горизонтальных труб расположен разъем, выполненный с возможностью подключения к нему кабелей управления и связи.

2. Подводный аппарат по п.1, отличающийся тем, что нижние концы вертикальных труб имеют отверстия на расстоянии не менее одной четверти и не более половины длины трубы от нижнего ее конца.