ES2916299B2 - Embarcación no tripulada de navegación en superficie y submarina - Google Patents
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Description
d e s c r ip c ió n
Embarcación no tripulada de navegación en superficie y submarina
Campo de la invención
La presente invención pertenece al sector naval, al campo técnico de las embarcaciones, concretamente a los vehículos autónomos y más concretamente a los vehículos autónomos de navegación en superficie y submarinos. La presente invención se refiere a una embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina capaz de sumergirse debido únicamente a la acción de fuerzas hidrodinámicas generadas por medios sustentadores dispuestos en la embarcación que contrarrestan la flotabilidad de ésta.
Antecedentes de la invención
En la actualidad existe una creciente demanda de vehículos o embarcaciones no tripuladas autónomas para el ámbito marítimo, lo que hace que se oferten en función del entorno operativo del mismo, dividiéndose fundamentalmente en dos grupos, las embarcaciones de navegación por la superficie del agua (USV, por sus siglas del inglés “Unmanned Surface Vehicle”), y las embarcaciones de navegación sumergidas bajo el agua (UUV, por sus siglas del inglés “Unmanned Underwater Vehicle).
Para un vehículo de superficie (USV) es deseable que posea gran estabilidad, así como capacidad de supervivencia para su correcto funcionamiento independientemente del estado del mar, así como una mínima resistencia al avance. Dado que el tamaño de estos vehículos es menor que las embarcaciones tripuladas, el número de Froude asociado al vehículo y velocidad de éste es muy alto, haciendo por tanto que la resistencia por formación de olas sea elevada. Para resolver este inconveniente se pueden utilizar dos soluciones antagónicas, la primera de ellas es separar el cuerpo de la superficie del mar por medio de un casco de sustentación o hidroalas, o alternativamente utilizar un cuerpo muy esbelto en el que el ángulo de entrada del cuerpo en el mar sea lo más agudo posible.
La segunda de las opciones presenta la dificultad que la estabilidad inicial de la embarcación es linealmente dependiente de la inercia de la sección de la flotación, y ésta es dependiente de la manga del cuerpo. Por lo tanto esto hace que se tenga que recurrir a tener un centro de masas muy bajo para mantener la estabilidad de la embarcación.
En el caso de vehículos submarinos (UUV), el control de la profundidad viene limitado por el uso de lastres o empujadores verticales, lo cual aumenta la complejidad y las necesidades de potencia de la embarcación y reduce la carga útil de la misma.
Otro problema de los vehículos submarinos (UUV) tradicionales es que en caso de avería del sistema de propulsión y/o del sistema de lastrado, no es posible hacer emerger la embarcación por sí misma a la superficie, y se necesita del uso de embarcaciones auxiliares o complejos sistemas.
La maniobrabilidad de los vehículos submarinos que utilizan superficies sustentadoras para sumergirse es mucho mayor que en un sumergible convencional, de manera que una vez sumergida navega como si de un avión se tratara, permitiendo una gran flexibilidad de uso.
Además, actualmente las prestaciones en los vehículos no tripulados submarinos (UUV) de tamaño pequeño y mediano vienen muy limitadas por la densidad de energía, tanto por el sistema de almacenamiento energético como por la densidad de potencia del sistema de propulsión. Para este último la tendencia más actual en el mercado es contar con un sistema de corriente continua con la tensión más alta posible para contar con densidad de potencia alta en su motor eléctrico, de tal forma que se acopla un único motor a la línea de ejes que comunica con la hélice, siendo lo más frecuente en este tipo de embarcaciones el uso de una sola hélice.
De esta manera, un fallo en el motor deja al vehículo completamente inmovilizado, pudiendo provocar una pérdida total de este, añadiendo la dificultad de la recuperación del mismo para futuras reparaciones.
La alta tensión en continua entraña grandes riesgos para la operativa y reparación del sistema, así como precios altos de los equipos asociados, debido a las dificultades para aislar éstos, especialmente difícil en ambiente marino y/o a bordo de buques.
Es deseable también que la embarcación o vehículo sea de bajo coste y sacrificable en caso de necesidad, por ejemplo abriendo camino en un campo de minas navales o llevando una carga explosiva para atacar un blanco. Esto cobra particular importancia en el campo de la defensa antitorpedo, en la que se necesita de un vehículo de gran maniobrabilidad para neutralizar estas amenazas y una velocidad adecuada una vez sumergido, de al menos 15 nudos.
Es por tanto deseable una embarcación no tripulada de navegación en superficie y submarina ligera y de elevada maniobrabilidad que evite los inconvenientes de ambos tipos de embarcaciones existentes en el estado de la técnica.
Descripción de la invención
La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante una embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, que está formada por un cuerpo principal que durante la navegación va sumergido en todo momento bajo la superficie del agua, y en el que en el interior de botes estancos está dispuesto un sistema de propulsión, un sistema de almacenamiento de energía y un ordenador de a bordo, y por un cuerpo auxiliar dispuesto sobre el cuerpo principal que está en contacto con la superficie del agua durante la navegación en superficie, sobresaliendo del agua al menos parcialmente, y en el que están dispuestos medios de comunicación, de tal forma que el cuerpo auxiliar, incluyendo los elementos dispuestos en él, tiene una densidad menor que la del agua. Estos medios de comunicación, aunque pueden ser de diversa índole, preferentemente están seleccionados entre cámaras multiespectrales, antenas de radiofrecuencia, transductores acústicos, antenas GPS, y combinación de todos los anteriores.
Preferentemente el cuerpo auxiliar puede albergar en su interior espuma de flotación, para incrementar la flotabilidad de la embarcación.
La embarcación dispone de un sistema de maniobra dispuesto en la popa del cuerpo principal, el cual mediante la generación de fuerzas hidrodinámicas controla los movimientos en tres grados y de libertad y proporciona a la embarcación movimientos de cabeceo, alabeo y guiñada.
Además, la embarcación tiene medios sustentadores dispuestos en el cuerpo principal los cuales proporcionan una fuerza suficiente para compensar el empuje de la embarcación en superficie y sumergir la embarcación, para conseguir la navegación submarina. Estos medios sustentadores no poseen superficies de control, y la fuerza que proporcionan se controla a través del cambio en el ángulo de ataque de dichos medios sustentadores, el cual determina a su vez el propio cabeceo de la embarcación.
Los elementos más pesados de la embarcación se encuentran en el cuerpo principal y los más livianos en el cuerpo auxiliar, junto con espuma de flotación en caso de que esta exista. De esta manera el centro de masas está siempre por debajo del centro de empujes en navegación submarina, haciéndolo pasivamente estable en esta condición. Dado que en la navegación en superficie el centro de masas de la embarcación va a estar situado muy por debajo de la flotación de ésta, va a ser muy estable también en esta condición. Contar con el centro de masas por debajo de la flotación es imprescindible para la estabilidad en superficie de una embarcación con una manga e inercia en la flotación reducida. Esta esbelta flotación es a su vez imprescindible para una reducida resistencia de formación de olas.
De forma particular el sistema de maniobra está formado por unas superficies de control móviles accionadas por unos actuadores.
Según diferentes realizaciones particulares, las superficies de control móviles pueden presentar tres elementos desfasados entre sí 120°, cada uno de ellos accionado por un actuador independiente.
Alternativamente, las superficies de control disponen de cuatro elementos desfasados entre sí 90°, estando también cada uno de ellos accionado por un actuador independiente. Según esta realización alternativa, dos de los elementos de las superficies de control móviles son paralelos al plano en el que están dispuestos los
medios sustentadores de forma que las otras dos son perpendiculares al plano de los medios sustentadores, o bien dos de los elementos de las superficies de control móviles están girados 45° con respecto al plano en el que están dispuestos los medios sustentadores, quedando por tanto los otros dos girados 45° con respecto al plano perpendicular al plano de los medios sustentadores.
Según una realización preferente de la invención, los medios sustentadores son escamoteables en el interior del cuerpo principal.
De acuerdo con diferentes realizaciones particulares de la invención, los medios sustentadores presentan al menos un perfil hidrodinámico, siendo preferentemente al menos un ala sustentadora plegable y desplegable respecto del cuerpo principal, estando dicha ala sustentadora accionada por un accionador. De forma preferente, el ala sustentadora está dividida en dos mitades simétricas respecto del eje longitudinal del cuerpo principal.
Particularmente, el accionador del ala sustentadora puede consistir en un eje de conexión que está conectado a unos engranajes cónicos, los cuales están conectados a unos tirantes, que están a su vez conectados al ala sustentadora.
De forma particular, el sistema de propulsión presenta una hélice propulsora dispuesta en la popa del cuerpo principal y conectada directamente a un conjunto propulsor eléctrico mediante un eje principal común.
Preferentemente el conjunto propulsor tendrá al menos un motor eléctrico con un sistema de control electrónico de velocidad y configurado para invertir su funcionamiento y actuar así como un generador de energía eléctrica que podrá alimentar el sistema de almacenamiento de energía.
Según la realización anterior, de forma preferente el conjunto propulsor dispondrá de tres motores eléctricos de corriente continua con ejes de salida paralelos, los cuales se conectarán al eje principal común mediante conjuntos de poleas y correas de transmisión, además de un transductor rotativo conectado a dicho eje principal común para el control de la posición de la hélice propulsora.
También preferentemente el conjunto propulsor puede tener un impulsor axial para la refrigeración de los motores eléctricos.
Con respecto al sistema de almacenamiento de energía, éste puede tener al menos un módulo de baterías eléctricas, cada uno para alimentar independientemente al sistema de propulsión, y controlado por un controlador de carga y descarga.
El sistema de almacenamiento de energía también puede tener preferentemente al menos un impulsor axial para la refrigeración del módulo de baterías eléctricas.
Alternativamente a las baterías eléctricas, el sistema de almacenamiento de energía puede presentar una batería mecánica, concretamente una batería inercial.
Por tanto, el objeto de la presente invención es un vehículo no tripulado autónomo que se configura como una embarcación monocasco en superficie y que es capaz de crear sustentación en elementos hidrodinámicos que le permiten sumergirse y contrarrestar la flotabilidad del vehículo.
Esta embarcación resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica, ya que permite aunar las ventajas de un vehículo de superficie monocasco y de un vehículo submarino, al estar dotado de medios sustentadores con los que contrarrestar la flotabilidad del vehículo y así poder sumergirlo.
La embarcación objeto de la presente invención mejora las prestaciones submarinas y en superficie de las plataformas existentes, de forma que los modelos de pequeño tamaño, del entorno de los 80kg, pueden superar los 10 nudos en superficie y los 15 nudos sumergido, lo cual no es posible con los desarrollos tecnológicos actuales.
Además, la embarcación presenta una mínima resistencia asociada para su navegación en superficie y submarina, independencia de las condiciones de mar, un número mínimo de partes móviles y la máxima maniobrabilidad posible.
Asimismo tiene un sistema de propulsión que cuenta con la máxima densidad de potencia con la máxima seguridad y capacidad de supervivencia al fallo del mismo y reparable, así como un sistema de almacenamiento de energía también reparable,
fácilmente inspeccionable, modular, de alta seguridad y baja probabilidad de fallo de alimentación a los equipos.
Breve descripción de Ios dibujos
A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie de figuras.
La figura 1 es una vista en perspectiva de la secuencia de la inmersión por sustentación de una realización de la embarcación de la invención, en la que se aprecian las cuatro fases relevantes del proceso, comenzando por la navegación en superficie y terminando por la navegación submarina nivelada.
La figura 2 es una vista en perspectiva y desde arriba de una realización de la embarcación objeto de la presente invención, mostrando un ala sustentadora desplegada, durante la navegación submarina.
La figura 3 es una vista en perspectiva y desde arriba de la embarcación de la figura anterior, con el ala sustentadora plegada con respecto al cuerpo principal, durante la navegación en superficie.
La figura 4 es una vista en perspectiva y desde abajo de la embarcación de las figuras 2 a 3, con el ala sustentadora desplegada, durante la navegación submarina.
La figura 5 es una vista en perspectiva y desde abajo de la embarcación de las figuras 2 a 4, con el ala sustentadora plegada con respecto al cuerpo principal, durante la navegación en superficie.
La figura 6 es una vista en perspectiva y desde abajo de una realización del interior del cuerpo principal de una embarcación de la presente invención con su ala sustentadora desplegada, durante la navegación submarina.
La figura 7 es una vista en perspectiva y desde abajo de una realización del interior del cuerpo principal de una embarcación de la presente invención con su ala sustentadora plegada con respecto al cuerpo principal, durante la navegación en superficie.
La figura 8 es una vista en perspectiva y desde arriba del interior del cuerpo principal de la embarcación de las figuras 6 a 7, con su ala sustentadora plegada con respecto al cuerpo principal, durante la navegación en superficie.
La figura 9 es una vista en perspectiva y desde arriba del interior del cuerpo principal de la embarcación de las figuras 6 a 8, con su ala sustentadora desplegada, durante la navegación submarina.
Las figuras 10a, 10b y 10c son vistas en perspectiva de la secuencia de desplegado de una realización del ala sustentadora y del accionador que acciona ésta.
La figura 11 es una vista en perspectiva de detalle del accionador de las figuras 10a, 10b y 10c, mostrando sus elementos principales.
La figura 12 es una vista en perspectiva de una realización del conjunto propulsor, con sus elementos principales.
La figura 13 es una vista en perspectiva del conjunto propulsor de la figura anterior, sin las estructuras, para mostrar con mayor claridad los ejes, poleas, correas, motores y elementos de acoplamiento.
La figura 14 es una vista en perspectiva de una realización del sistema de almacenamiento energético con cuatro módulos de baterías eléctricas acoplados entre sí.
La figura 15 es una vista en perspectiva de detalle de uno de los módulos de baterías eléctricas del sistema de la figura anterior.
La figura 16 es una vista en perspectiva de detalle del módulo de baterías de la figura anterior, desde otro lado, mostrando un impulsor axial como medio de refrigeración.
La figura 17 muestra una realización de una embarcación de la presente invención arrastrada por una embarcación auxiliar, donde el motor actúa de generador.
En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son:
1. superficie del agua
2. cuerpo principal de la embarcación
3. cuerpo auxiliar de la embarcación
4. ala sustentadora
5. actuadores de las superficies de control móviles
6. superficies de control móviles
7. hélice propulsora
8. accionador de ala sustentadora
9. cámara multiespectral
10. antenas de radiofrecuencia
11. transductor acústico
12. antena GPS
13. conjunto propulsor
14. motor eléctrico
15. eje de salida de motor eléctrico
16. eje principal común
17. primeras poleas dispuestas en los ejes de salida de los motores eléctricos 18. segundas poleas dispuestas en el eje principal común
19. correas de transmisión
20. impulsor axial
21. transductor rotativo
22. primer bote estanco de alojamiento del conjunto propulsor
23. segundo bote estanco de alojamiento del sistema de almacenamiento de energía
24. módulo de baterías eléctricas
25. celda unitaria de baterías eléctricas
26. controlador de carga y descarga del módulo de baterías eléctricas
27. bastidor soporte de las celdas unitarias de baterías eléctricas
28. largueros de los módulos de baterías eléctricas
29. eje de conexión del accionador al ala sustentadora
30. engranajes cónicos del accionador del ala sustentadora
31. tirantes principales del accionador del ala sustentadora
32. tirantes secundarios del accionador del ala sustentadora
33. tercer bote estanco de alojamiento del ordenador de abordo
34. embarcación auxiliar
35. cabo de remolque
36. ejes de giro de las mitades simétricas del ala sustentadora
37. eje de los engranajes cónicos
38. bastidor de los controladores de carga y descarga
39. estructuras soporte de las celdas unitarias de las baterías
40. largueros
Descripción detallada de la invención
El objeto de la presente invención es una embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina.
Tal y como se puede observar en las figuras, la embarcación está formada por un cuerpo principal 2 que durante la navegación va sumergido en todo momento bajo la superficie del agua 1, y en el que en el interior de botes estancos 22,23 está dispuesto un sistema de propulsión, un sistema de almacenamiento de energía y un ordenador de a bordo, y por un cuerpo auxiliar 3 dispuesto sobre el cuerpo principal 2, el cual está en todo momento en contacto con la superficie del agua 1 durante la navegación en superficie, sobresaliendo del agua al menos parcialmente durante dicha navegación en superficie, y en el que están dispuestos medios de comunicación, de tal forma que el cuerpo auxiliar 3, incluyendo los elementos dispuestos en él, tiene una densidad menor que la del agua.
Estos medios de comunicación preferentemente están seleccionados, como se puede observar en las figuras 2 a 5 entre cámaras multiespectrales 9 que funcionan en el espectro visible o en el infrarrojo, antenas de radiofrecuencia 10 para la comunicación fuera del agua y control remoto de la embarcación y envío y recepción de telemetría y otros datos, transductores acústicos 11 para la comunicación submarina, antenas GPS 12 alejadas de las antenas de radiofrecuencia 10 para evitar interferencias, y combinación de todos los anteriores. De forma preferente la embarcación cuenta con dos transductores acústicos 11, uno dispuesto en la parte dorsal, en el cuerpo auxiliar
3, y otro en la parte ventral en la parte más baja del cuerpo principal 2, de manera que se asegura la transmisión/recepción independientemente de si la embarcación se encuentra en superficie comunicando hacia unidades sumergidas, o si está sumergida, independientemente de la cota a la que se encuentre durante la navegación submarina. Con todos estos medios de comunicación la embarcación puede funcionar como un eficaz relé de comunicaciones.
Preferentemente el cuerpo auxiliar 3 puede albergar en su interior espuma de flotación, para incrementar la flotabilidad de la embarcación.
La embarcación dispone de un sistema de maniobra dispuesto en la popa del cuerpo principal 2, que es el encargado de generar las fuerzas hidrodinámicas necesarias para proporcionar a la embarcación movimientos de cabeceo, alabeo y guiñada.
Además, la embarcación tiene medios sustentadores dispuestos en el cuerpo principal 2, los cuales son los encargados de proporcionar la fuerza suficiente para compensar el empuje de la embarcación en superficie, y sumergir dicha embarcación, para realizar navegación submarina.
De forma particular el sistema de maniobra está formado por unas superficies de control móviles 6 accionadas por unos actuadores 8, como se observa de forma clara en las figuras 6 a 9.
Según diferentes realizaciones particulares, las superficies de control móviles pueden presentar tres elementos desfasados entre sí 120°, cada uno de ellos accionado por un actuador independiente.
Alternativamente, las superficies de control 6 móviles disponen de cuatro elementos desfasados entre sí 90°, estando también cada uno de ellos accionado por un actuador 5 independiente. Según esta realización alternativa, dos de los elementos de las superficies de control 6 móviles son paralelos al plano en el que están dispuestos los medios sustentadores de forma que las otras dos son perpendiculares al plano de los medios sustentadores, o bien dos de los elementos de las superficies de control 6 móviles están girados 45° con respecto al plano en el que están dispuestos los medios sustentadores, quedando por tanto los otros dos girados 45° con respecto al plano
perpendicular al plano de los medios sustentadores, como se puede observar en las figuras 2 a 9.
Según una realización preferente de la invención, los medios sustentadores son escamoteables en el interior del cuerpo principal 2.
De acuerdo con diferentes realizaciones particulares de la invención, los medios sustentadores presentan al menos un perfil hidrodinámico, siendo preferentemente al menos un ala sustentadora 4 plegable y desplegable respecto del cuerpo principal 2, estando dicha ala sustentadora 4 accionada por un accionador 8. De forma preferente, el ala sustentadora 4 está dividida en dos mitades simétricas respecto del eje longitudinal del cuerpo principal 2, como se aprecia con detalle en las figuras 2 a 9.
Particularmente, el accionador 8 del ala sustentadora 4 es único para ambas mitades simétricas, y puede consistir en un eje de conexión 29 que está conectado a unos engranajes cónicos 30, los cuales están conectados a unos tirantes 31,32, que están a su vez conectados al ala sustentadora 4.
Los elementos y funcionamiento de este accionador 8 se pueden observar en las figuras 10 y 11. Al girar el eje de conexión 29 los engranajes cónicos 30 situados en el eje de giro ortonormal a este eje de conexión, giran en sentidos opuestos. Cada uno de estos engranajes cónicos 30 está unido rígidamente a un tirante principal 31. De esta manera al girar el eje de conexión 29 los tirantes principales 31 giran en direcciones opuestas. Estos tirantes principales 31 se unen mediante rótulas a los tirantes secundarios 32 y estos se unen al ala sustentadora 4 en un anclaje con rótula que transmite el movimiento de giro de los engranajes cónicos 30 a través de una fuerza que permite el giro del ala sustentadora 4 al aplicarse fuera de los ejes de giro 36 de las mitades simétricas del ala sustentadora 4, creando un momento que permite girar el ala sustentadora 4 a través su grado de libertad del eje de giro 36. Esto se puede ver en detalle en la figura 11 y la secuencia en tres pasos se puede ver en la figura 10 en la que se ve como las mitades simétricas del ala sustentadora 4 unidas al conjunto de tirantes secundarios 32 y tirantes principales 31 que se mueven debido al movimiento solidario con los engranajes cónicos 30 situados en el eje de engranajes cónicos 37.
La secuencia de movimiento de inmersión de la embarcación se muestra en la figura 1, donde se aprecian las cuatro fases del proceso.
La embarcación comienza navegando en superficie con el ala sustentadora 4 plegada sobre el cuerpo principal 2. Tras esto la embarcación se configura para sumergirse, por lo que despliega el ala sustentadora 4. Tras esto el ordenador de abordo dispuesto en el tercer bote estanco 33 transmite instrucciones al sistema de maniobra de popa para cambiar su posición y generar una fuerza que permita crear un momento sobre el cuerpo principal 2 que cambie su actitud en la navegación, creando un cabeceo hacia el fondo. Este cabeceo hace además que el ala sustentadora 4 pase a presentar un ángulo de ataque con respecto a la dirección de avance precedente, creando por lo tanto una fuerza hacia el fondo. Esta fuerza sumerge la embarcación separándola de la superficie del mar. Una vez alcanzada la profundidad deseada la embarcación se estabiliza, reduciendo el ángulo de cabeceo para una navegación submarina nivelada.
Para volver a la superficie la embarcación puede realizar estos pasos a la inversa, o simplemente disminuir su velocidad de manera que el ala sustentadora 4 deja de generar la fuerza necesaria para contrarrestar el desplazamiento que es superior al peso del vehículo, por lo que vuelve a la superficie de manera pasiva pero controlada.
De forma particular, según se ve en las figuras, el sistema de propulsión presenta una hélice propulsora 7 dispuesta en la popa del cuerpo principal 2 y conectada directamente a un conjunto propulsor 13 eléctrico mediante un eje principal común 16.
Preferentemente el conjunto propulsor 13 presenta al menos un motor eléctrico 14 con un sistema de control electrónico de velocidad y configurado para invertir su funcionamiento y actuar así como un generador de energía eléctrica que podrá alimentar el sistema de almacenamiento de energía.
Según la realización anterior, de forma preferente el conjunto propulsor 13 dispondrá de tres motores eléctricos 14 de corriente continua con ejes de salida 15 paralelos, los cuales se conectarán al eje principal común 16 mediante conjuntos de poleas 17,18 y correas de transmisión 19, además de un transductor rotativo 21 conectado a dicho eje principal común 16 para el control de la posición de la hélice propulsora 7.
También preferentemente el conjunto propulsor 13 puede tener un impulsor axial 20 para la refrigeración de los motores eléctricos.
Las figuras 12 y principalmente 13 muestran con detalle esta realización preferente del conjunto propulsor 13.
Como se puede observar en dichas figuras, el conjunto propulsor 13 se sitúa en un primer bote estanco 22 independiente, y de forma preferente tiene 3 motores eléctricos 14 de corriente continua que tienen ejes de salida 15 paralelos, los cuales se asocian al eje principal común 16 que va hacia la hélice propulsora 7 mediante unas primeras poleas 17 dispuestas en dichos ejes de salida 15 que se unen mediante unas correas de transmisión 19 a unas segundas poleas 18 dispuestas en el eje principal común 16. Unido solidariamente al eje principal común 16 se aprecia en las figuras un impulsor axial 20 para la refrigeración que mueve el aire del interior para refrigerar las carcasas de los motores eléctricos 14. Tal y como se observa, al eje principal común 16 se une también solidariamente un transductor rotativo 21 para el control de la posición de giro del eje principal común 16 y por lo tanto de la hélice propulsora 7. Este sistema de varios motores eléctricos 14 asociados a un eje principal común 16 permite conseguir un equipo de máxima densidad de potencia, con mínimo peso, volumen y rendimiento sin que suba la tensión de trabajo del conjunto, donde contar con una tensión de trabajo baja es muy relevante para proporcionar un desempeño seguro en ambientes de gran humedad y limitado acceso a instalaciones dedicadas para la inspección y mantenimiento de equipos eléctricos, como por ejemplo, en un buque de guerra. Este conjunto propulsor 13 necesita de un diseño específico del sistema de almacenamiento de energía, para que los motores eléctricos 14 se puedan alimentar de manera independiente, con baja tensión e intensidad de corriente.
Con respecto al sistema de almacenamiento de energía, éste puede tener al menos un módulo de baterías eléctricas 24, cada uno para alimentar independientemente al sistema de propulsión, y controlado por un controlador de carga y descarga 26.
El sistema de almacenamiento de energía también puede tener preferentemente al menos un impulsor axial 20 para la refrigeración del módulo de baterías eléctricas 24.
Las figuras 14, 15 y 16 muestran con detalle esta realización del sistema de almacenamiento de energía formado por módulos de baterías eléctricas 24, con los elementos esenciales que lo constituyen.
Como se puede observar, dichas figuras 14, 15 y 16 muestran la realización preferente del sistema de almacenamiento de energía que incluye varios módulos de baterías eléctricas 24, en este caso cuatro módulos, cada uno de ellos formados por una pluralidad de celdas unitarias 25. Estos módulos de baterías eléctricas 24 están instalados dentro de un segundo bote estanco 23. Como se puede apreciar en la figura 14 los módulos 24 están asociados entre sí para aumentar la capacidad del conjunto, si bien cada uno de los módulos 24 es capaz de alimentar de manera independiente a los tres motores eléctricos 14. Para esto cada uno de los módulos 24 consta de manera preferente de tres divisiones dentro de este, de manera que cada una de estas divisiones tiene asociada un número de celdas unitarias 25 para dar la tensión necesaria al motor 14 al que alimentan. Tal como se aprecia en las figuras 15 y 16, cada una de estas tres divisiones está gobernada por un controlador de carga y descarga 26, por lo que de manera preferente contará con tres de estos controladores de carga y descarga 26, siendo proporcionales a las subdivisiones del módulo de baterías 24. Estos controladores de carga y descarga 26 se aloja en uno de los extremos del módulo de baterías 24, y cuenta con un bastidor 38 dedicado que se une a las estructuras soporte 39 de las celdas unitarias 25 de las baterías, siendo preferentemente dos estructuras soporte 39, una por cada extremo. En estas estructuras soporte 39 se realizan las conexiones necesarias para contar con las tres divisiones del módulo de baterías 24 y la asociación de celdas 25 para obtener la tensión necesaria en las tres divisiones. Como se observa en la figura 16, de forma preferente, el módulo de baterías 24 cuenta con un sistema de refrigeración independiente basada en un impulsor axial 20 que hace circular el aire circundante para enfriar las celdas 25 y mantener la temperatura de éstas controlada. Este impulsor axial 20 se une a la estructura soporte 39 en el extremo opuesto al controlador de carga y descarga 26. De forma preferente, los módulos de baterías 24 se ensamblan independientemente y entre sí mediante tres largueros 40 fijados a las estructuras soportes 39 que mantienen la integridad estructural del conjunto.
Alternativamente a las baterías eléctricas, el sistema de almacenamiento de energía puede presentar una batería mecánica, concretamente una batería inercial.
Así, mediante estos medios de propulsión y estos medios de almacenamiento de energía, si la embarcación es arrastrada a velocidad suficiente la hélice propulsora 7 girará y con ésta el motor eléctrico 14 actuando como generador produciendo una corriente eléctrica que cargará el sistema de almacenamiento de energía.
Este sistema de carga por arrastre permite que no se necesite enchufar la embarcación ni subirla a bordo de otra embarcación auxiliar para cargar, lo que simplifica enormemente la operativa del vehículo. Esta operación se puede ver claramente en la figura 17, en la que una embarcación auxiliar 34 remolca la embarcación objeto de la presente invención en superficie a través de un cabo de remolque 35. De esta manera se cede energía mecánica en el remolque por parte de la embarcación auxiliar 34 y la embarcación lo recupera mecánicamente en la hélice propulsora 7, y este movimiento se transmite al eje principal común 16, que mueve los motores eléctricos 14 y estos cargan sistema de almacenamiento de energía. Además, el ordenador de abordo puede seguir controlando las superficies de control 6 móviles para mantener rumbo relativo y una situación controlada en todo momento.
Esta misma operación de remolque se puede realizar desde superficie o de manera submarina indistintamente.
Claims (20)
1. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, caracterizado por que comprende
- un cuerpo principal (2) configurado para en uso estar sumergido en todo momento bajo la superficie del agua (1), en el que está dispuesto un sistema de propulsión, un sistema de almacenamiento de energía y un ordenador de a bordo
- un cuerpo auxiliar (3) dispuesto sobre el cuerpo principal (2) configurado para en uso estar en contacto con la superficie del agua (1) durante la navegación en superficie, en el que están dispuestos medios de comunicación, teniendo dicho cuerpo auxiliar una densidad menor que la del agua,
- un sistema de maniobra dispuesto en la popa del cuerpo principal (2), configurado para mediante generación de fuerzas hidrodinámicas proporcionar a la embarcación movimientos de cabeceo, alabeo y guiñada,
- medios sustentadores dispuestos en el cuerpo principal (2), configurados para proporcionar una fuerza suficiente para compensar el empuje en superficie y sumergir la embarcación.
2. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según la reivindicación 1, en la que el sistema de maniobra comprende unas superficies de control (6) móviles accionadas por unos actuadores (5).
3. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios sustentadores son escamoteables en el interior del cuerpo principal (2)..
4. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios sustentadores comprenden al menos un perfil hidrodinámico.
5. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según la reivindicación anterior, en la que los medios sustentadores comprenden al menos un ala sustentadora (4) plegable y desplegable respecto del cuerpo principal (2) accionada por un accionador (8).
6. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según la reivindicación anterior, en la que el ala sustentadora (4) está dividida en dos mitades simétricas respecto del eje longitudinal del cuerpo principal (2).
7. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según la reivindicación anterior, en la que el accionador (8) del ala sustentadora (4) comprende un eje de conexión (29) conectado a unos engranajes cónicos (30), conectados a su vez a unos tirantes (31,32), los cuales están conectados al ala sustentadora (4).
8. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sistema de propulsión comprende una hélice propulsora (7) dispuesta en la popa del cuerpo principal (2) y conectada directamente a un conjunto propulsor (13) eléctrico mediante un eje principal común (16).
9. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según la reivindicación anterior, en la que el conjunto propulsor (13) comprende al menos un motor eléctrico (14) que a su vez comprende un sistema de control electrónico de velocidad y está configurado para invertir su funcionamiento y actuar como un generador.
10. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según la reivindicación anterior, en la que el conjunto propulsor (13) comprende tres motores eléctricos (14) de corriente continua con ejes de salida (15) paralelos, conectados al eje principal común (16) mediante conjuntos de poleas (17,18) y correas de transmisión (19), y un transductor rotativo (21) conectado a dicho eje principal común (16) configurado para el control de la posición de la hélice propulsora (7).
11. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, en la que el conjunto propulsor (13) comprende un impulsor axial (20) configurado para la refrigeración de los motores eléctricos (14).
12. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sistema de almacenamiento de energía comprende al menos un módulo de baterías eléctricas (24), cada uno de ellos configurado para alimentar independientemente al sistema de propulsión, y controlado por un controlador de carga y descarga (26).
13. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según la reivindicación anterior, en la que el sistema de almacenamiento de energía comprende al menos un impulsor axial (20) configurado para la refrigeración del módulo de baterías eléctricas (24).
14. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en la que el sistema de almacenamiento de energía comprende al menos una batería inercial.
15. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el cuerpo auxiliar (3) comprende en su interior espuma de flotación.
16. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de comunicación dispuestos en el cuerpo auxiliar (3) están seleccionados entre cámaras multiespectrales (9), antenas de radiofrecuencia (10), transductores acústicos (11), antenas GPS, y combinación de los anteriores.
17. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las superficies de control (6) móviles comprenden tres elementos desfasados entre sí 120°, cada uno de ellos accionado por un actuador (5) independiente.
18. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en la que las superficies de control (6) móviles comprenden cuatro elementos desfasados entre sí 90°, cada uno de ellos accionado por un actuador (5) independiente.
19. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según la reivindicación anterior, en la que dos de los elementos de las superficies de control (6) móviles son paralelos al plano en el que están dispuestos los medios sustentadores.
20. Embarcación no tripulada autónoma de navegación en superficie y submarina, según la reivindicación 18, en la que dos de los elementos de las superficies de control (6) móviles están girados 45° con respecto al plano en el que están dispuestos los medios sustentadores.
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