×
20.05.2013
216.012.402f

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАВУЧЕСТЬЮ ПОДВОДНОГО АППАРАТА РОБОТА-ЗОНДА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002482001
Дата охранного документа
20.05.2013
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к технике подводных исследований в океанологии и синоптике. Робот-зонд включает корпус с прочной цилиндрической камерой. Камера содержит генератор газового давления с управляемым клапаном разгрузки и поршень. Поршень перемещается под давлением и опирается с одной стороны на возвратную пружину, а с другой стороны поршня смонтирован пороховой газогенератор давления в виде кругового барабана с пороховыми патронами и механизмом инициации их воспламенения. Пружина размещена между поршнем и торцевой стенкой в цилиндрической камере. В камере выполнено отверстие для сообщения с забортной водой. Воспламенение происходит по команде микроконтроллера управления циклами погружения-всплытия. Для фиксации поршня в верхней точке установлен пружинный фиксатор. Способ управления плавучестью подводного аппарата заключается в изменении его водоизмещения путем воздействия на изменяемую геометрию водоизмещающего объема давлением газа. Плавучесть увеличивают, увеличивая водоизмещающий объем давлением пороховых газов, сжигая в объеме навеску пороха. Уменьшают плавучесть, уменьшая объем, стравливая из него пороховой газ. Достигается простота конструкции, независимость от температуры окружающей воды и увеличение управляемого водоизмещения, что позволяет повысить эффективность научных исследований. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к технике подводных исследований в океанологии, океанографии и синоптике. Оно может быть использовано при создании и разработке гидрологических, синоптических и океанологических подводных аппаратов-глайдеров, автоматических сканирующих роботов-зондов и автоматических гидрологических буев, а также техники спасения под водой.

Известен способ управления плавучестью подводного аппарата [1], заключающийся в изменения его водоизмещения путем принятия или откачивания жидкости в балластную емкость, предварительно заполненную газом под давлением на рабочем горизонте. Известно, также, и устройство осуществления этого способа [1], содержащее балластную эластичную емкость, рабочую жидкость и насос для перекачивания жидкости.

Известные способ и устройство предназначены для работы лишь на заданном горизонте и не пригодны для значительных вертикальных перемещений, так как требуют значительного запаса электрической энергии для перекачивания жидкости при вертикальных маневрах. Это является серьезным недостатком и ограничивает применимость известных решений.

Наиболее близким предлагаемому является решение [2] - способ управления плавучестью подводного аппарата, заключающийся в изменении его водоизмещения путем воздействия на управляемую геометрию водоизмещающего объема давлением газа. Известно и устройство для его осуществления [2], включающее корпус с прочной цилиндрической камерой, содержащей генератор газового давления с управляемым клапаном разгрузки и поршень, перемещающиеся под давлением.

Известное решение также не свободно от недостатков, так как его генератор зависит от температурного градиента верхних и нижних слоев морских вод, который требует большого времени для прогрева газогенератора. При сезонном падении градиента (в зимние месяцы), известное решение может быть, вообще, не употребимо. Не употребимо оно также в высоких широтах, где температура верхних слоев воды не велика даже летом, не говоря уже о ледовитых морях и океанах. Величина управляемого водоизмещения здесь зависит от конечной температуры верхнего слоя воды.

Предлагаемое решение позволяет избежать указанных недостатков связанных с термической зависимостью от температуры окружающей воды, а также получать значительный выигрыш в величине управляемого водоизмещения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления плавучестью подводного аппарата, заключающимся в изменении его водоизмещения путем воздействия на изменяемую (управляемую) геометрию водоизмещающего объема давлением газа, увеличивая плавучесть - увеличивают водоизмещающий объем давлением пороховых газов, сжигая в этом объеме навеску пороха, а уменьшая плавучесть, уменьшают объем, стравливая из него газ.

Увеличенный давлением пороховых газов водоизмещающий объем фиксируют жесткой управляемой геометрией объема, при этом часть энергии давления расширения пороховых газов аккумулируют в энергию деформации возвратной пружины, а при уменьшении плавучести освобождают фиксацию объема и выдавливают газ наружу через управляемый клапан разгрузки силой возвратной пружины.

Для осуществления способа применяют устройство - робот-зонд, включающий корпус с прочной цилиндрической камерой, содержащей генератор газового давления с управляемым клапаном разгрузки и поршень, перемещающиеся под давлением, который опирается, с одной стороны, на возвратную пружину, размещенную между поршнем и торцевой стенкой в цилиндрической камере, в которой выполнено отверстие для сообщения с забортной водой, а с другой стороны поршня смонтирован пороховой газогенератор давления в виде кругового барабана с пороховыми патронами и механизмом инициации их воспламенения, по команде микроконтроллера управления циклами погружения-всплытия, при этом для фиксации поршня в верхней точке установлен пружинный фиксатор.

Круговой барабан выполнен в виде револьверного привода смены патронов за счет реактивной силы пороховых газов, а для инициации ружейного капсюля в патроне применен электромагнитный ударный боек.

Возможность реализации.

Сущность изобретения разъясняется схематичным чертежом Фиг.1а и б, где показана работа подводного аппарата робота-зонда с блоком управляемой плавучести: а) в режиме погружения и б) в режиме всплытия. Здесь стрелками V показано направление движения сканирующего подводного аппарата вдоль троса 1, проходящего в направляющих 2. В корпусе аппарата 3 закреплена прочная цилиндрическая камера 4 с дренажным отверстием 5 в верхней стенке и управляемым клапаном разгрузки 6 для сброса давления, производимого газогенератором 7, действующим на поршень 8, который с другой стороны опирается на возвратную пружину 9. Пороховой газогенератор давления 7 выполнен в виде кругового барабана 10 с пороховыми патронами 11 и устройством инициации воспламенения 12, которое может быть ударным электромагнитным или посредством ружейного капсюля в патроне. Инициация воспламенения осуществляется по команде микроконтроллера 13 управляющего циклами погружения-всплытия робота-зонда. Блок электропитания 14 обеспечивает питанием микроконтроллер 13, блок 15 зондирующих датчиков: температуры, давления и солености, а также устройство инициации. В верхней части цилиндрической камеры выполнен пружинный фиксатор 16 поршня в верхней точке, а над камерой в корпусе робота-зонда расположена уравновешивающая плавучесть 17.

Способ управления плавучестью подводного аппарата робота-зонда работает следующим образом. Аппарат, нанизанный на трос 1 в направляющих 2, сканирует вдоль троса, между якорем на дне и поплавком на поверхности воды под действием переменной разности сил веса и водоизмещения. При этом изначально его вес в воде G≥W - водоизмещения. Что обеспечивает движение аппарата вниз - ко дну. При достижении определенной глубины датчик давления 15 вырабатывает сигнал на микроконтроллер 13, который через устройство инициации 12 воспламеняет пороховую навеску в одном из патронов 11, расположенном в обойме газогенератора 10. Пороховые газы, обладая высокой температурой и давлением, заполняя объем под поршнем 8, воздействуют на него давлением и перемещают его в камере (Фиг.1б), сжимая возвратную пружину 9, на которую поршень опирается с другой стороны. Сжав пружину 9, поршень 8 фиксируется фиксатором 16, для удержания его в верхней точке, если давление пороховых газов упадет вследствие длительного охлаждения в процессе всплытия, например, глайдера. Перемещаясь, поршень преодолевает гидростатическое давление воды на горизонте дна и выдавливает ее через дренажное отверстие 5. С этого момента водоизмещение больше веса G≤W и робот-зонд начинает движение вверх до следующей команды датчика давления о достижении верхнего горизонта. После чего микроконтроллер открывает фиксатор 16 и одновременно открывает управляемый клапан разгрузки 6 для стравливания давления пороговых газов. После падения давления в камере 4 возвратная пружина 9 силой F≥F трения перемещает поршень 8 в нижнее положение, а микроконтроллер закрывает клапан 6. С этого момента вес аппарата в воде становится больше его водоизмещения G≥W, и он начинает погружаться. Для того чтобы аппарат погружался на скорости удобной для измерений (до 1 м/с) по вертикали, его вес в воде G должен превышать водоизмещение W, как правило, от 0,1 до 0,5 кг в зависимости от сопротивления формы корпуса. Для всплытия необходимо, соответственно, такое же избыточное водоизмещение. Для изменения водоизмещения поршень должен увеличить объем камеры на величину W, совершая при этом работу A против сил гидростатического давления P, которая равна энергии от сгорания g грамм пороха с удельной энергией q:

A=P×W=Q=q×g.

Например, для сканирования реального «разреза» - толщи воды по вертикали глубиной 0,5 км, 1 км и 2 км роботом-зондом с газогенератором на основе бездымного пироксилинового пороха и удельной энергией взрыва q=1300 кал/г, для изменения водоизмещения на 1 кг (≈1 л) потребуются навески, соответственно 0,9 г, 1,8 г и 3,6 г. Поршень, при сгорании этой навески, совершит перемещение и увеличит водоизмещение на 1000 см3. Однако следует заметить, что не вся выделенная сгоранием энергия идет на совершение внешней работы. Небольшая часть тепловой энергии 3-5% остается внутренней энергией пороховых газов. Ввиду ее малости на практике не учитывается, хотя из соображений запаса, навески следует взять: 1 г, 2 г и 4 г соответственно.

Патроны для газогенератора могут изготавливаться в специальных металлических гильзах, снабженных ударным или электроразрядным воспламенителем. Порох может быть, например, бездымный пироксилиновый ГОСТ 8660-80, или дымный охотничий, или артиллерийский. На практике требуются исследования на различных и меньших глубинах, тогда для целей газогенерации могут быть использованы холостые патроны охотничьих и армейских боеприпасов. В качестве устройства замены использованных зарядов для последующих циклов, может быть использовано такое же устройство, как в автоматическом самозарядном оружии. Таких надежных конструкций разработано множество, например револьверная система нагана (Webley-Fosbery), где реакция (отдача) истекающих газов используется для привода перезарядки. После завершения выполнения цикла работы заменяют обойму патронов в газогенераторе, и робот-зонд снова может совершать циклы погружений. Практическое изготовление цилиндрической камеры 4 и поршня 8 не представляют трудностей. Цилиндрическая камера может быть выполнена из нержавеющей трубы ГОСТ 9940-81 из материала 08Х18Н10Т, а поршень из сплава АМГ-6, легкий корпус 3 из стеклопластика на основе смолы ЭД-20, плавучесть 17 из сферопластика типа «Синтактик» или полистирольного пенопласта марки ПС; пружина, соответственно, из пружинной стали 65Г ГОСТ 14959-79 и покрашена корабельным суриком; микроконтроллер 13 может быть от фирмы Atmel Corp типа L293D, который соединяется с датчиками 15, управляемым клапаном 6 и фиксатором 16 водостойким кабелем через герморазъемы. Датчик давления 15 может быть выбран из серии РМР4000, а электромагнитный управляемый клапан 6 - фирмы Integrated Hydraulics серии S201. Аккумуляторная батарея 14 (например, из числа промышленных батарей никель-металлогидридных типа GP-1300FH-B), как и микроконтроллер 13, размещаются в прочном корпусе под защитой от горячих пороховых газов. Предлагаемое изобретение по сравнению с известными обладает значительной простотой и дешевизной, что позволяет резко снизить затраты на создание экспериментальной базы, а следовательно, позволит повысить эффективность научных исследований, обеспечивая их высокую производительность.

Источники информации

1. АС СССР №1519102 B63B 21/52 от 26.11.87 г.

2. Патент ФР №2124457 B63B 22/00; B63G 8/24 от 10.01.99 г.


СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАВУЧЕСТЬЮ ПОДВОДНОГО АППАРАТА РОБОТА-ЗОНДА
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАВУЧЕСТЬЮ ПОДВОДНОГО АППАРАТА РОБОТА-ЗОНДА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 15.
10.08.2013
№216.012.5c81

Способ транспортировки нефти подо льдом и устройство для его реализации

Изобретение относится к области транспортировки нефти (нефтепродуктов) подо льдом с помощью подводного танкера. Заявлены способ транспортировки нефти подо льдом и устройство для его реализации. Способ осуществляется с помощью танкера, движимого подводным транспортным средством. Перед началом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489302
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.08.2013
№216.012.64b1

Способ подводной добычи углеводородов и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к морской добыче углеводородного сырья - нефти и газа, которые, как правило, поступают из пробуренной скважины вместе. Обеспечивает уменьшение вероятности закупорки транспортного трубопровода и доставки со дна на поверхность углеводородов любого вида, газовых или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491414
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.09.2013
№216.012.7062

Устройство для исследования газовыделения на дне океана

Изобретение относится к области изучения геофизических свойств морского дна. Сущность: устройство содержит опускаемый на дно контейнер (1) с исследовательской аппаратурой, снабженный средствами гидроакустической связи (2), радиосвязи (3) и навигации. Контейнер (1) с исследовательской...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494421
Дата охранного документа: 27.09.2013
20.01.2014
№216.012.9890

Способ и устройство измерения фоновой мутности жидкости

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения параметров взвеси в жидкости. Способ определения фоновой мутности заключается в выделении частицы заданных размеров, с помощью фильтра, для чего применяют гравитационное разделение частиц взвеси в ламинарном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504755
Дата охранного документа: 20.01.2014
10.02.2014
№216.012.9e25

Способ и устройство доставки дрифтеров в зону исследований

Изобретение относится к области исследования океана, а именно к исследовательским дрейфующим буям. Заявлена группа изобретений - способ доставки дрифтеров в район исследований и устройство дрифтера. Способ заключается в сбрасывании дрифтера с летательного аппарата. При спуске дрифтера с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506193
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.10.2014
№216.012.fa5e

Способ функционирования и постановки притопленного океанологического буя и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к технике изучения океана с помощью автономных и автоматических подводных станций заякоренного типа. Способ заключается в том, что для движения зонда в составе буя используют изменение и управление соотношением действия разнонаправленных сил - водоизмещения и веса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529940
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.08.2016
№216.015.55d1

Гидроакустический способ определения местоположения автономного подводного аппарата

Изобретение относится к области подводной навигации, а более точно к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы. Техническое решение для поиска места положения подводного аппарата, снабженного пингером, и отслеживания места его положения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593651
Дата охранного документа: 10.08.2016
25.08.2017
№217.015.a4e4

Передвижной прозрачный опытовый бассейн

Изобретение относится к технике экспериментальных исследований, в частности к технике визуальных наблюдений подвижных объектов в воде в целях научных наблюдений и развлекательных модельных игр. Устройство передвижного бассейна содержит прозрачную пластиковую емкость бассейна круговой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607817
Дата охранного документа: 20.01.2017
10.04.2019
№219.017.0763

Вертикальный опытовый бассейн

Изобретение относится к технике изучения взаимодействия движущихся в жидкости объектов в поле сил тяжести, циклонических движений жидкости. Устройство содержит эластичную пластиковую емкость бассейна круговой конструкции. Емкость бассейна выполнена в виде прозрачного кругового цилиндра с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002457307
Дата охранного документа: 27.07.2012
10.04.2019
№219.017.092a

Сканирующий зонд для работы в океане

Изобретение относится к морской технике, к исследованию физических и химических свойств водной среды. Сканирующий зонд для работы в океане выполнен в виде цилиндра, в котором размещены источник питания, блоки измерительных приборов, устройства гидроакустической и радиосвязи, устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002445229
Дата охранного документа: 20.03.2012
Показаны записи 1-10 из 14.
10.08.2013
№216.012.5c81

Способ транспортировки нефти подо льдом и устройство для его реализации

Изобретение относится к области транспортировки нефти (нефтепродуктов) подо льдом с помощью подводного танкера. Заявлены способ транспортировки нефти подо льдом и устройство для его реализации. Способ осуществляется с помощью танкера, движимого подводным транспортным средством. Перед началом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489302
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.08.2013
№216.012.64b1

Способ подводной добычи углеводородов и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к морской добыче углеводородного сырья - нефти и газа, которые, как правило, поступают из пробуренной скважины вместе. Обеспечивает уменьшение вероятности закупорки транспортного трубопровода и доставки со дна на поверхность углеводородов любого вида, газовых или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491414
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.09.2013
№216.012.7062

Устройство для исследования газовыделения на дне океана

Изобретение относится к области изучения геофизических свойств морского дна. Сущность: устройство содержит опускаемый на дно контейнер (1) с исследовательской аппаратурой, снабженный средствами гидроакустической связи (2), радиосвязи (3) и навигации. Контейнер (1) с исследовательской...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494421
Дата охранного документа: 27.09.2013
20.01.2014
№216.012.9890

Способ и устройство измерения фоновой мутности жидкости

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения параметров взвеси в жидкости. Способ определения фоновой мутности заключается в выделении частицы заданных размеров, с помощью фильтра, для чего применяют гравитационное разделение частиц взвеси в ламинарном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504755
Дата охранного документа: 20.01.2014
10.02.2014
№216.012.9e25

Способ и устройство доставки дрифтеров в зону исследований

Изобретение относится к области исследования океана, а именно к исследовательским дрейфующим буям. Заявлена группа изобретений - способ доставки дрифтеров в район исследований и устройство дрифтера. Способ заключается в сбрасывании дрифтера с летательного аппарата. При спуске дрифтера с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506193
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.10.2014
№216.012.fa5e

Способ функционирования и постановки притопленного океанологического буя и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к технике изучения океана с помощью автономных и автоматических подводных станций заякоренного типа. Способ заключается в том, что для движения зонда в составе буя используют изменение и управление соотношением действия разнонаправленных сил - водоизмещения и веса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529940
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.08.2016
№216.015.55d1

Гидроакустический способ определения местоположения автономного подводного аппарата

Изобретение относится к области подводной навигации, а более точно к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы. Техническое решение для поиска места положения подводного аппарата, снабженного пингером, и отслеживания места его положения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593651
Дата охранного документа: 10.08.2016
25.08.2017
№217.015.a4e4

Передвижной прозрачный опытовый бассейн

Изобретение относится к технике экспериментальных исследований, в частности к технике визуальных наблюдений подвижных объектов в воде в целях научных наблюдений и развлекательных модельных игр. Устройство передвижного бассейна содержит прозрачную пластиковую емкость бассейна круговой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607817
Дата охранного документа: 20.01.2017
28.07.2018
№218.016.760a

Устройство для реализации способа передвижения по вертикали подводного аппарата за счёт солнечной энергии, использующее управление его плавучестью

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным аппаратам, используемым при решении исследовательских и поисковых задач в незамерзающих акваториях морей и внутренних водоемов. Предложено устройство для передвижения по вертикали подводного аппарата за счет солнечной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662570
Дата охранного документа: 26.07.2018
23.08.2018
№218.016.7e68

Способ передвижения по вертикали подводного аппарата за счет солнечной энергии, использующий управление его плавучестью

Изобретение относится к области гидрологических, гидрофизических и океанографических исследований, может быть использовано в разработке океанологических и океанографических подводных аппаратов, а также техники поиска и спасения под водой. Предложен способ передвижения по вертикали подводного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664613
Дата охранного документа: 21.08.2018
+ добавить свой РИД