RU176835U1 - UNDERWATER PLANER - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к океанологии, конкретно к подводным планерам для исследования водных акваторий, и может быть использована для океанологических и гидроакустических исследований.Подводный планер включает корпус с носовым отсеком в виде сообщающегося с внешней средой звукопрозрачного обтекателя, внутри которого на эластичном подвесе расположен комбинированный приемник, а внутри корпуса бортовой компьютер и соединенные с ним устройства, обеспечивающие движение планера, связь и сбор информации. Дополнительно планер снабжен блоком коммутации, включающим коммутатор и разветвитель, который обеспечивает подключение комбинированного приемника к устройствам, датчики которых работают на принципе преобразования механической энергии в электрическую и наоборот.Установка блока коммутации без существенных изменений массогабаритных характеристик планера расширяет возможности планера в научных и прикладных исследованиях без извлечения его из воды для замены устройств и датчиков.The utility model relates to oceanology, specifically to underwater gliders for the study of water areas, and can be used for oceanological and hydroacoustic studies. The underwater glider includes a body with a bow compartment in the form of a translucent fairing communicating with the external environment, inside of which a combined receiver is located on an elastic suspension, and inside the case, an on-board computer and devices connected to it, providing glider movement, communication and information collection. In addition, the airframe is equipped with a switching unit, including a switch and a splitter, which allows the combined receiver to be connected to devices whose sensors operate on the principle of converting mechanical energy into electrical energy and vice versa. Installing a switching unit without significant changes in the weight and size characteristics of the airframe expands the airframe's capabilities in scientific and applied research without extracting it from water to replace devices and sensors.

Description

Полезная модель относится к океанологии, конкретно к подводным планерам для исследования водных акваторий, и может быть использована для океанологических и гидроакустических исследований.The utility model relates to oceanology, specifically to underwater gliders for the study of water areas, and can be used for oceanological and hydroacoustic studies.

Подводный планер - автономный необитаемый малоразмерный подводный аппарат, способный перемещаться в воде без использования движителя. Для горизонтального перемещения под водой используется принцип планера - за счет подъемной силы (несущих поверхностей) крыльев при изменении глубины. Благодаря низким затратам энергии планер имеет высокую автономность и способен преодолевать очень большие расстояния, осуществляя при этом сбор океанографических и других данных, передавая их на сеансах связи в контрольный пункт.Underwater glider - an autonomous uninhabited small-sized underwater vehicle that can move in water without using a propulsion device. For horizontal movement under water, the glider principle is used - due to the lifting force (bearing surfaces) of the wings when the depth changes. Due to its low energy consumption, the glider has high autonomy and is able to cover very large distances, while collecting oceanographic and other data, transmitting them during communication sessions to a control point.

На сегодняшний день выпускается несколько моделей планеров (http://en.wikipedia.org/wiki/Seaglider). Среди них наиболее известны Scarlet Knight, APEX производитель Teledyne Webb, Seaglider разработчик University of Washington, Spray разработчик Woods Hole Oceanographic Institution, Scripps Institution of Oceanography.To date, several glider models are available (http://en.wikipedia.org/wiki/Seaglider). The most famous among them are Scarlet Knight, APEX producer Teledyne Webb, Seaglider developer University of Washington, Spray developer Woods Hole Oceanographic Institution, Scripps Institution of Oceanography.

Известен подводный робот-планер Seaglider с GPS-навигацией, который может пересечь океанский бассейн в миссиях, которые могут длиться месяцами. Максимальная глубина, на которую робот способен погружаться, порядка километра.The famous Seaglider underwater robot glider with GPS navigation, which can cross the ocean basin in missions that can last for months. The maximum depth that the robot is capable of diving is about a kilometer.

Данные аппараты предназначены для сбора информации с помощью разнообразных датчиков и сенсоров. Для этого они могут комплектоваться датчиками глубины, температуры, солености, прозрачности морской воды, на них могут устанавливаться гидрофоны для исследования гидроакустических шумов любого происхождения.These devices are designed to collect information using a variety of sensors and sensors. For this, they can be equipped with sensors for depth, temperature, salinity, transparency of sea water, hydrophones can be installed on them to study hydroacoustic noise of any origin.

Известен подводный робот-планер Spray (http://www.membrana.ru/articles/technic/2004/11/09/195700.html, 9.11.2004). Spray конструктивно состоит из корпуса обтекаемой формы, несущих поверхностей (крыльев), горизонтального киля, электронного блока управления, записи и передачи информации, системы аккумуляторов, системы управления плавучестью. Планер снабжен набором оборудования, в том числе спутниковым навигатором, акустическим доплеровским измерителем течений, позволяющим строить вертикальные срезы подводных потоков, а также гирокомпасом, инклинометром, датчиками давления, температуры, солености и прозрачности воды, химическими анализаторами, биологическими датчиками.Known underwater robot-glider Spray (http://www.membrana.ru/articles/technic/2004/11/09/195700.html, November 9, 2004). Spray constructively consists of a streamlined body, bearing surfaces (wings), a horizontal keel, an electronic control unit, recording and transmitting information, a battery system, and a buoyancy control system. The glider is equipped with a set of equipment, including a satellite navigator, an acoustic Doppler current meter that allows you to build vertical sections of underwater flows, as well as a gyrocompass, inclinometer, pressure, temperature, salinity and water transparency sensors, chemical analyzers, and biological sensors.

Однако из-за шумов обтекания и вибрации, которые неизбежно возникают при движении данного аппарата, Spray не может осуществлять измерения векторных характеристик гидроакустического поля.However, due to flow noise and vibration, which inevitably arise when this unit is moving, Spray cannot measure the vector characteristics of the sonar field.

Наиболее близким аналогом является подводный планер для мониторинга векторных акустических полей (патент РФ № 106880 U1). Планер состоит из цилиндрического корпуса с носовым отсеком в виде звукопрозрачного, сообщающегося с внешней средой, обтекателя, несущих поверхностей, горизонтального киля, аккумуляторных батарей, электронного блока управления с системой спутниковой навигации, записи и передачи информации, системы управления плавучестью, устройств сбора информации и комбинированного приемника, установленного в обтекателе на эластичном подвесе.The closest analogue is an underwater glider for monitoring vector acoustic fields (RF patent No. 106880 U1). The glider consists of a cylindrical body with a nose compartment in the form of a transparent, communicating with the external environment, fairing, bearing surfaces, horizontal keel, batteries, electronic control unit with satellite navigation system, recording and transmitting information, buoyancy control system, information collection devices and combined receiver mounted in a fairing on an elastic suspension.

Количество и вид устанавливаемой на планере аппаратуры определяется задачей океанологических исследований. Это могут быть датчики температуры, солености и прозрачности воды, измерения скорости звука в воде и другие.The quantity and type of equipment installed on the glider is determined by the task of oceanological research. These can be sensors of temperature, salinity and transparency of water, measurements of the speed of sound in water, and others.

Сфера применения планера довольно обширна: решение задач океанографических исследований (определение картины и свойств течений, характеристик акустических полей морей и т.п.), экологического мониторинга (обнаружение зон химического и радиационного загрязнения), мониторинга подводных трубопроводов и скрытного обнаружения движущихся подводных объектов.The scope of the glider is quite extensive: solving oceanographic research tasks (determining the pattern and properties of currents, characteristics of the acoustic fields of the seas, etc.), environmental monitoring (detection of chemical and radiation pollution zones), monitoring of underwater pipelines and covert detection of moving underwater objects.

Однако, существующие подводные планеры, в том числе и прототип, имеют ограничения, касающиеся веса и объема полезной нагрузки, что ограничивает количество устанавливаемого оборудования. При изменении задачи исследования для замены оборудования требуется извлекать аппарат из воды и производить замену и перепрограммирование под новую задачу. Кроме этого, при движении планера могут возникнуть преграды в виде рыболовных сетей, затонувших судов, подводных гор и т.д. Для их преодоления необходимо иметь на борту также и гидролокатор (эхолот), но чем меньше планер по размеру, тем меньше его способность нести полезную нагрузку.However, existing underwater gliders, including the prototype, have limitations regarding the weight and payload volume, which limits the amount of equipment installed. When changing the research task, to replace equipment, it is necessary to remove the apparatus from the water and replace and reprogram for a new task. In addition, obstacles in the form of fishing nets, sunken ships, seamounts, etc., may occur during glider movement. To overcome them, you must also have a sonar (echo sounder) on board, but the smaller the glider in size, the less its ability to carry a payload.

Возникает необходимость без существенных изменений массогабаритных характеристик подводного планера расширить возможности подводного планера в научных и прикладных исследованиях без извлечения его из воды для замены устройств.There is a need, without significant changes in the weight and size characteristics of the underwater glider, to expand the capabilities of the underwater glider in scientific and applied research without removing it from the water to replace devices.

Для решения данной проблемы предлагается в подводном планере, включающем корпус с носовым отсеком в виде сообщающегося с внешней средой звукопрозрачного обтекателя, внутри которого на эластичном подвесе расположен комбинированный приемник, бортовой компьютер, установленный в герметичном отсеке корпуса и соединенные с ним устройства, обеспечивающие движение планера, связь и сбор информации, дополнительно установить включающий коммутатор и разветвитель сигналов блок коммутации, который обеспечивает подключение комбинированного приемника к устройствам, датчики которых работают на принципе преобразования механической энергии в электрическую и наоборот.To solve this problem, it is proposed in an underwater glider, which includes a body with a nose compartment in the form of a translucent fairing communicating with the external environment, inside of which a combined receiver is located on an elastic suspension, an on-board computer installed in an airtight compartment of the body and devices connected to it to ensure glider movement, communication and collection of information, additionally install a switching unit that includes a switch and signal splitter, which provides connection to the combined ISRC to devices, sensors which operate on the principle of converting mechanical energy into electrical energy and vice versa.

При разработке заявляемого устройства было принято во внимание следующее.When developing the inventive device, the following was taken into account.

Известно, что комбинированный приемник представляет собой приемное устройство акустических волн, состоящее из скалярного (от 2-х до 6-ти параллельно соединенных гидрофонов) и векторного (до 6-ти ортогонально закрепленных датчиков ускорения или скорости) приемников, имеет небольшие геометрические размеры. Как гидрофоны, изготовленные на основе пьезокерамики, так и датчики ускорения или датчики скорости, обладают эффектом обратимости, то есть при подаче на них переменного напряжения они превращаются в акустические излучатели.It is known that a combined receiver is a receiver of acoustic waves, consisting of scalar (from 2 to 6 connected in parallel hydrophones) and vector (up to 6 orthogonally mounted acceleration or speed sensors) receivers, has small geometric dimensions. Both hydrophones made on the basis of piezoceramics, and acceleration sensors or speed sensors, have the effect of reversibility, that is, when an alternating voltage is applied to them, they turn into acoustic emitters.

Известно также, что в основе работы датчиков большого количества устройств, установленных на борту планера, например, таких как эхолот, гидролокатор бокового и кругового обзора, транспондер, гидроакустическая связь и других, лежит преобразование механической энергии в электрическую.It is also known that the operation of sensors of a large number of devices installed on board the glider, for example, such as an echo sounder, side-scan and circular sonar, transponder, sonar communication and others, is based on the conversion of mechanical energy into electrical energy.

То есть, используя свойство обратимости пьезокерамических и электродинамических датчиков, есть возможность использования комбинированного приемника в качестве датчика не только как приемника гидроакустических шумов и сигналов (классическое применение), но и использование его в качестве датчика для других устройств, например гидроакустической связи, транспондера, пингера-маяка, активного или пассивного гидролокатора и других. Для этого планер предлагается оборудовать блоком коммутации, включающим коммутатор и разветвитель. Блок коммутации может быть выполнен на таких электронных элементах как электромагнитные реле, твердотельные реле, электронные ключи.That is, using the reversibility property of piezoceramic and electrodynamic sensors, it is possible to use a combined receiver as a sensor not only as a receiver for hydroacoustic noise and signals (classic application), but also to use it as a sensor for other devices, for example, hydroacoustic communication, transponder, pinger - a beacon, active or passive sonar and others. To do this, it is proposed to equip the glider with a switching unit, including a switch and a splitter. The switching unit can be performed on such electronic elements as electromagnetic relays, solid state relays, electronic keys.

Технический результат реализации полезной модели заключается в повышении эффективности использования подводного планера без существенных изменений массогабаритных характеристик подводного планера, расширение его возможностей при сборе информации без извлечения его из воды для замены устройств и датчиков.The technical result of the implementation of the utility model is to increase the efficiency of using an underwater glider without significant changes in the weight and size characteristics of the underwater glider, expanding its capabilities in collecting information without extracting it from water to replace devices and sensors.

Этот технический результат достигается тем, что комбинированный приемник планера или его компоненты используют как элемент преобразования акустической волны в напряжение и наоборот и, посредством подключения приемника к различным системам планера с помощью коммутатора, используют его как первичный преобразователь для этих устройств.This technical result is achieved by the fact that the combined receiver of the airframe or its components is used as an element for converting the acoustic wave to voltage and vice versa and, by connecting the receiver to various airframe systems using a switch, use it as a primary converter for these devices.

Заявляемая конструкция планера за счет установки блока коммутации, осуществляющего по команде бортового компьютера или команде извне - по радио или гидроакустическому каналу, позволяет подключать комбинированный приемник или его элементы к различным устройствам планера, расширяет возможности подводного планера, повышает эффективность его работы при сборе информации, делает его более универсальным и легким в обслуживании. Конструкция блока коммутации сигналов может обеспечить работу планера одновременно с несколькими устройствами, например, запись окружающего шума и работа на прием сигналов по гидроакустическому каналу или транспондера.The claimed design of the airframe due to the installation of a switching unit, which is carried out by a command of an on-board computer or an external command - via a radio or sonar channel, allows you to connect a combined receiver or its elements to various airframe devices, expands the capabilities of an underwater airframe, increases its efficiency when collecting information, makes Its more versatile and easy to maintain. The design of the signal switching unit can provide glider operation with several devices at the same time, for example, recording ambient noise and receiving signals through a sonar channel or transponder.

На фигуре изображена принципиальная схема планера, где 1 - комбинированный приемник, 2 - блок коммутации, 3-8 - устройства, датчики которых работают на принципе преобразования механической энергии в электрическую (например модем гидроакустической связи, устройство обработки, записи и хранения принятых шумов и сигналов, гидролокатор, транспондер, пингер и другие), 9 - бортовой компьютер.The figure shows a schematic diagram of a glider, where 1 is a combined receiver, 2 is a switching unit, 3-8 are devices whose sensors work on the principle of converting mechanical energy into electrical energy (for example, a hydroacoustic communication modem, a device for processing, recording and storing received noise and signals , sonar, transponder, pinger and others), 9 - on-board computer.

Устройство работает следующим образом. При движении планера согласно заложенной в бортовом компьютере программе по заданному маршруту в точку проведения измерений (векторных полей), приемник в прямом назначении не используется, и по команде бортового компьютера на коммутатор комбинированный приемник может быть подключен к другим устройствам, таким как эхолот или гидролокатор, который может работать как в пассивном, так и в активном режимах. Работая в пассивном режиме (пеленгатор), можно в автоматическом режиме скорректировать движение планера при движении на маяк или шумящую цель (источник сигнала), при этом возможна параллельная работа со всеми устройствами в режиме приема. При получении гидроакустического сигнала после фильтрации, обработки и декодирования в бортовом компьютере, последний подает команду на коммутатор, который подключает необходимое устройство. Например, принят сигнал для транспондера - транспондер посылает ответ, используя приемник как излучатель, после посылки ответного сигнала транспондер переходит в режим приема. Аналогично и с другими установленными на планере устройствами.The device operates as follows. When the glider moves according to the program laid down in the on-board computer along the specified route to the point of measurement (vector fields), the receiver is not used for its intended purpose, and by the command of the on-board computer to the switch, the combined receiver can be connected to other devices, such as an echo sounder or sonar, which can work in both passive and active modes. When operating in passive mode (direction finder), it is possible to automatically correct glider movement when moving towards a lighthouse or a noisy target (signal source), while parallel operation with all devices in reception mode is possible. When receiving a sonar signal after filtering, processing and decoding in the on-board computer, the latter sends a command to the switch, which connects the necessary device. For example, a signal has been received for the transponder - the transponder sends a response using the receiver as an emitter, after sending a response signal, the transponder goes into receive mode. Similarly with other devices installed on the glider.

Таким же образом приемник можно, подключив его коммутатором, использовать в качестве преобразователя для гидролокатора. При этом при работе приемника как преобразователя гидролокатора, в качестве излучателя могут использоваться как гидрофоны приемника, так и его векторные каналы, при этом гидролокатор может работать в режимах бокового или кругового обзора.In the same way, the receiver can be used as a converter for sonar by connecting it with a switch. At the same time, when the receiver is operating as a sonar transducer, both the receiver hydrophones and its vector channels can be used as an emitter, while the sonar can operate in side or round-view modes.

При гидроакустической связи с планером при помощи коммутатора к модему гидроакустической связи подключается комбинированный приемник, при этом можно использовать или только гидрофоны, или только векторные каналы, или все каналы приемника одновременно.In hydroacoustic communication with a glider using a switch, a combined receiver is connected to the hydroacoustic communication modem, and you can use either only hydrophones, or only vector channels, or all channels of the receiver at the same time.

При работе в режиме измерения векторных характеристик гидроакустического поля или пассивного гидролокатора комбинированный приемник может работать параллельно как приемник транспондера, при этом передатчик транспондера подключен к гидрофонному каналу приемника в качестве акустического излучателя, а приемник транспондера к векторным каналам.When operating in the mode of measuring the vector characteristics of a sonar field or a passive sonar, the combined receiver can operate in parallel as a transponder receiver, while the transponder transmitter is connected to the receiver’s hydrophone channel as an acoustic emitter, and the transponder receiver is connected to vector channels.

Таким образом, предлагаемая конструкция подводного планера за счет установки блока коммутации без существенных изменений массогабаритных характеристик планера решает техническую проблему с достижением поставленного технического результата, а именно позволит расширить возможности планера в научных и прикладных исследованиях без извлечения его из воды для замены устройств и датчиков.Thus, the proposed design of an underwater glider due to the installation of a switching unit without significant changes in the weight and size characteristics of the airframe solves the technical problem with achieving the set technical result, namely, it will expand the airframe's capabilities in scientific and applied research without removing it from the water to replace devices and sensors.

Claims (1)

Подводный планер, включающий корпус с носовым отсеком в виде сообщающегося с внешней средой звукопрозрачного обтекателя, внутри которого на эластичном подвесе расположен комбинированный приемник, бортовой компьютер, установленный в герметичном отсеке корпуса и соединенные с ним устройства, обеспечивающие движение планера, связь и сбор информации, отличающийся тем, что планер дополнительно оборудован блоком коммутации, включающим коммутатор и разветвитель сигналов, обеспечивающим подключение комбинированного приемника к устройствам, датчики которых работают на принципе преобразования механической энергии в электрическую и наоборот.An underwater glider, comprising a body with a nose compartment in the form of a translucent fairing communicating with the external environment, inside of which a combined receiver is located on an elastic suspension, an on-board computer installed in an airtight housing compartment and devices connected to it, providing glider movement, communication and information collection, differing the fact that the glider is additionally equipped with a switching unit, including a switch and a signal splitter, providing connection of the combined receiver to the device m, whose sensors work on the principle of converting mechanical energy into electrical energy and vice versa.

Images