Універсальний підводний апарат з перемінним опором

Номер патенту: 98592

Опубліковано: 27.04.2015

Автор: Бабенко Віктор Віталійович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Підводний апарат з плавцевим рушієм, в носовій і кормовій частинах якого розміщені електродвигуни, з боків якого встановлені крила, в центральній частині якого містяться нерухомі горизонтальні стабілізатори, а в хвостовій частині вертикальні стабілізатори який відрізняється тим, що у хвостовій частині корпусу розміщується стандартна система гідродинамічних поворотних крил для стабілізації та маневрування апарата, стандартний двигун з гвинтом, розташований в кільці, а також балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном, в центральній частині апарата розташовані основні електричні батареї, що забезпечують роботу стандартного електродвигуна, та хвостова частина апарата, що зовні покрита демпфіруючою поверхнею, а на кінці хвостової частини встановлено плавниковий рушій, причому центральна частина урівень з'єднана з носовою частиною апарата за допомогою керованих електрозамків, що забезпечують відділення центральної частини від носової частини апарата, циліндрична ділянка носової частині апарата зовні покрита демпфіруючою поверхнею, а усередині в ній розміщені електричні батареї та контейнер, що закріплений керованими електрозамками, з системою підзарядки електричних батарей від енергії хвиль, що пересуваються на водній поверхні, балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном, вертикальний плавник, що висувається, контейнери з розміщеними в них боковими плавниками, що висуваються, контейнери з розміщеними в них боковими складними крилами, що висуваються та розкриваються, причому крила виконані в формі двох віял, з'єднаних між собою шарнірно, а конструкція віял при розкритті дозволяє наповнювати їх стисним газом так, що віяла приймають форму гідродинамічного профілю, передня частина містить контейнер з мечовидним наконечником, що висувається вперед та втягується як автоматична парасолька, та вісім отворів, з'єднаних з генераторами мікробульбашок, причому передня частина висувається вперед таким чином, що формується кільцева щілина для інжектування в примежовий шар водно-мікробульбашкової суміші, всі частини апарата, що висуваються, рухаються за допомогою електричних двигунів.

Текст

Дивитися

Реферат: Підводний апарат з плавцевим рушієм, в носовій і кормовій частинах якого розміщені електродвигуни, з боків якого встановлені крила, в центральній частині якого містяться нерухомі горизонтальні стабілізатори, а в хвостовій частині вертикальні стабілізатори. У хвостовій частині корпусу розміщується стандартна система гідродинамічних поворотних крил для стабілізації та маневрування апарата, стандартний двигун з гвинтом, розташований в кільці, а також балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном. В центральній частині апарата розташовані основні електричні батареї, що забезпечують роботу стандартного електродвигуна, та хвостова частина апарата, що зовні покрита демпфіруючою поверхнею, а на кінці хвостової частини встановлено плавниковий рушій, причому центральна частина урівень з'єднана з носовою частиною апарата за допомогою керованих електрозамків, що забезпечують відділення центральної частини від носової частини апарата. Циліндрична ділянка носової частині апарата зовні покрита демпфіруючою поверхнею, а усередині в ній розміщені електричні батареї та контейнер, що закріплений керованими електрозамками, з системою підзарядки електричних батарей від енергії хвиль, що пересуваються на водній поверхні, балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном, вертикальний плавник, що висувається, контейнери з розміщеними в них боковими плавниками, що висуваються, контейнери з розміщеними в них боковими складними крилами, що висуваються та розкриваються, причому крила виконані в формі двох віял, з'єднаних між собою шарнірно, а конструкція віял при розкритті дозволяє наповнювати їх стисним газом так, що віяла приймають форму гідродинамічного профілю. Передня частина містить контейнер з мечовидним наконечником, що висувається вперед та втягується як автоматична парасолька, та вісім отворів, з'єднаних з генераторами мікробульбашок, причому передня частина висувається вперед таким чином, що формується кільцева щілина для інжектування в примежовий шар водно-мікробульбашкової суміші. Всі частини апарата, що висуваються, рухаються за допомогою електричних двигунів. UA 98592 U (54) УНІВЕРСАЛЬНИЙ ПІДВОДНИЙ АПАРАТ З ПЕРЕМІННИМ ОПОРОМ UA 98592 U UA 98592 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі суднобудування і може бути використана при проектуванні та створенні підводних автономних апаратів багатоцільового призначення, в тому числі при виконанні різноманітних геофізичних завдань. Запропонований універсальний підводний апарат має компоненти конструкції, що модифіковані стосовно запатентованих раніше. Вперше запропоновано новий принцип руху тіла з перемінною масою та опором. Відомий "Підводний апарат з плавцевим рушієм" [1], в корпусі якого виконані виїмки, в яких встановлені пластини з можливістю їх повороту навколо поздовжньої осі корпусу апарата, а в тілі головного плавникового рушія додатково розміщено електродвигун, з'єднаний кронштейном з додатковим плавниковим рушієм з можливістю його коливання у площині, перпендикулярній площині коливання головного плавникового рушія. Недоліками цієї розробки є те, що при розкритті пластин, що були частиною криволінійної поверхні корпусу, вони становляться плоскими, при цьому формуються в корпусі циліндричні ніші, при обтіканні яких виникають вихорі, що приводить к значному зростанню опору. Крім того, плоскі пластини не мають форми аеродинамічного профілю, а тому на них не виникає підйомна сила. Плавниковий рушій має складну форму, коли до головного плавникового рушія приєднується додатковий плавниковий рушій. Така форма рушія приводить до виникнення відривного обтікання на рушії, що суттєво зменшує його ефективність. Відомий також "Підводний апарат" [2], в якому поверхня обтікання виконана за формою носової частини апарата з розміщеним у ній електродвигуном обертального руху, на осі якого закріплено кільце, шарнірно з'єднане із сердечником електромагніта, що має в кінцевій своїй частині пустотілий циліндр з отворами, а привід виконаний із блоком його амплітудночастотного управління. В цьому винаході запропонована ідея суттєвого зменшення гідродинамічного опору за рахунок формування тороїдального кільцевого вихору, що рухається з носової частини вздовж корпусу апарата, та застосування інжекції в примежовий шар розчину полімерів, бульбашок чи суміші цих речовин. Недоліками цієї розробки є те, що при зміні швидкості руху апарата діаметр кільця, встановленого перед носовою частиною апарата, треба змінювати. Крім того, не пояснено, яким чином виготовляються оптимальні розмір бульбашок та концентрація розчину полімерів. Найбільш близьким по технічній суті до запропонованої корисної моделі є "Підводний апарат з плавцевим рушієм" [3], в якому на вихідному валу електродвигуна, розміщеного в носовій частині підводного апарата, закріплений з можливістю його повороту на 180° кронштейн з поперечкою, на обох боках якої встановлені крила, а у прорізі кормової частини є кронштейн з електродвигуном, на осі якого закріплено стебло з плавниковим рушієм. Недоліками відомої конструкції прототипу є те, що плавниковий рушій після його повороту на 180° виходить на робочу позицію, при цьому в корпусі апарата залишається ніша, що приводить до суттєвого зростання опору апарата, при цьому загальна довжина апарата зростає, що змінює центрівку апарату. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки універсальної конструкції підводного апарату, яка дозволяє в процесі руху змінювати масу апарата, принцип роботи його двигуна, стабілізації і ефективності маневрування, а також регулювання гідродинамічного опору. Крім того, запропонований апарат повинен мати можливість рухатись в режимах активного пересування і пасивного планування, та при необхідності заряджати електричні батареї від енергії хвиль, що пересуваються на водній поверхні. Поставлена задача вирішується відповідно до корисної моделі за допомогою створення універсальної конструкції підводного апарата, що містить в хвостовій частині корпусу стандартну систему гідродинамічних поворотних крил для стабілізації та маневрування апарату, стандартний двигун з гвинтом, розташований в кільці, а також балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном. В центральній частині апарату розташовані основні електричні батареї, що забезпечують роботу стандартного електродвигуна, та хвостова частина апарату, що зовні покрита демпфіруючою поверхнею, а на кінці хвостової частини встановлено плавниковий рушій, причому центральна частина урівень з'єднана з носовою частиною апарату за допомогою керованих електрозамків, що забезпечують при необхідності відділення центральної частини від носової частини апарата. Циліндрична ділянка носової частині апарату зовні покрита демпфіруючою поверхнею, а усередині в ній розміщені електричні батареї та контейнер, що закріплений за допомогою керованих електрозамків, з системою підзарядки електричних батарей від енергії хвиль, що пересуваються на водній поверхні, балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном, вертикальний плавник, що висувається, контейнери з розміщеними боковими плавниками, що висуваються, контейнери з розміщеними боковими складними крилами, що висуваються та розкриваються, причому крила виконані в формі двох 1 UA 98592 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 віял, з'єднаних між собою шарнірно, а конструкція віял при розкритті дозволяє наповнювати їх стисним газом так, що віяла приймають форму гідродинамічного профілю. Передня частина містить контейнер з мечовидним наконечником, що висувається вперед та втягується як автоматична парасолька, та вісім отворів, з'єднаних з генераторами мікробульбашок, причому передня частина висувається вперед таким чином, що формується кільцева щілина для інжектування в примежовий шар водно-мікробульбашкової суміші. Всі частини апарата, що висуваються, рухаються за допомогою електричних двигунів. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де Фіг. 1 демонструє схему загального вигляду модифікованого стандартного підводного апарата для геофізичних досліджень. Фіг. 2 показує вигляди зверху та збоку схеми універсального підводного апарата з перемінним опором після відокремлення хвостової та центральної частин стандартного апарата. Фіг. 3 ілюструє схему універсального підводного апарата при випуску та розкритті складних крил. Як показано на Фіг. 1, корпус універсального підводного апарата складається з носової, центральної 2 та хвостової 3 частин. В центральній частині 2 апарата розташовані основні електричні батареї (на Фіг. 1 не показано) та хвостова частина апарата, що зовні покрита демпфіруючою поверхнею, з плавниковим рушієм (показано штриховою лінією). В хвостовій частині 3 апарата розташовані стандартна система гідродинамічних профілів 4 для стабілізації та маневрування апарата, стандартний двигун з гвинтом 5, а також балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном (на Фіг. 1 не показано). Носова частина 1 урівень з'єднана з центральною частиною 2 апарата за допомогою керованих електрозамків (на Фіг. 1 не показано). В носовій циліндричній частині розміщені електричні батареї та контейнер, що закріплений керованими електрозамками, з системою підзарядки електричних батарей від енергії хвиль, що пересуваються на водній поверхні (на Фіг. 1 не показано), а також балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном (на Фіг. 1 не показано), два контейнери 6 для розміщення бокових плавників, що висуваються, два контейнери 7 для розміщення бокових складних крил, що висуваються, одного вертикального плавника (показано штриховою лінією), що висувається, а також передня частина 10, що висувається вперед і містить контейнер 8 з мечовидним наконечником, що висувається вперед, та вісім отворів 9, з'єднаних з генераторами мікробульбашок. Універсальний підводний апарат з перемінним опором відповідно до корисної моделі в залежності від заданих режимів плавання працює наступним чином. При стандартному режимі плавання (Фіг. 1), коли закінчується енергоємність основних електричних батарей, апарат виймається з води і виконується перезарядка основних батарей. При іншому режимі плавання, коли закінчується енергоємність основних електричних батарей, за допомогою керованих електрозамків роз'єднуються носова 1 і центральна 2 частини корпуса (Фіг. 1), одночасно двигун 5 вимикається, при цьому центральна 2 та хвостова 3 частини відокремлюються від корпусу апарата і залишаються позаду носової частини 1 корпусу апарата, що продовжує рухатися за рахунок коливання плавникового рушія 5 (Фіг. 2). Стисний газ подається в гумовий балон, що розташований в центральній частині 2 (Фіг. 1), при цьому гумовий балон розширюється, що приводить до позитивної плавучості відокремлених частин 2, 3 корпусу апарата, що підіймаються до поверхні води. Одночасно починає коливатись плавниковий рушій 5 (Фіг. 2), який по формі і конструкції виконано як у меч-риби, але з фібергласового матеріалу, і встановлено в хвостовій частині 3 апарата, причому плавниковий рушій 5 закріплено на хвостовому стеблі, що виконаний також з фібергласу і по формі і конструкції подібний відповідно як у меч-риби. Рух і амплітуда коливання хвостового стебла забезпечуються електродвигуном, а закріплення стебла на осі електродвигуна виконано згідно з [4]. Циліндрична поверхня 2 та хвостова частина 3 покриті демпфіруючою поверхнею згідно з корисною моделлю, [5]. Одночасно висуваються вертикальний плавник 4, що виконує функції стабілізатора, і з бокових контейнерів - бокові плавники 6, що виконують функції стабілізатора і керм повороту, а з центрального носового контейнера висувається мечовидний наконечник 8, причому плавники і наконечник виконано також з фібергласового матеріалу подібними по формі і конструкції як у меч-риби. Конструкція мечовидного наконечника 8 виконано як у автоматичній парасольці. Передня носова частина 10 висувається вперед настільки, щоб між нею та носовою частиною 1 за кінцевою крайкою 10 сформувалась кільцева щілина, причому форма і конструкція підщілинної камери виконуються такими, як запатентовано в патенті США [6]. Вода через отвори 9 надходить у генератори мікробульбашок (на Фіг. 2 показано штриховими лініями), а через щілину в пристінну зону 2 UA 98592 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 примежового шару апарата надходить суміш з води та мікробульбашок. Відомо, що демпфіруюча поверхня, що розміщена на циліндричній 2 та хвостовій 3 частинах апарата, разом з водо-мікробульбашковою сумішшю в примежовому шарі та за допомогою мечовидного наконечника 8 утворюють комбінований метод зменшення опору, що дозволяє суттєво зменшити гідродинамічний опір корпусу рухомого апарату [7]. При необхідності рухатись повільно виникає ще один режим руху, коли апарат плаває в режимі планування. Цифрами на Фіг. 3 позначено ті ж самі деталі апарата, що наведено на Фіг. 2. При цьому режиму руху плавниковий рушій 5 вимикається і працює як стабілізатор і кермо повороту. З бокових контейнерів 7 висуваються і розкриваються складні крила 11 і 12, що виконані в формі віяла. Двома суцільними та двома штриховими лініями зображено жорсткі крайні профілі віял, до яких закріплено стандартні елементи віяла, які виконано порожнистими, при цьому в процесі розкриття віял в їх герметичний контур подається стисле повітря з балона, розташованого в носовій циліндричній частині 2. Стисне повітря роздуває віяла в формі гідродинамічного профілю, що дозволяє виникати на крилах підйомній силі. Крило сформовано у вигляді двох з'єднаних віял таким чином, що при розкритті крила за допомогою електричного двигуна спочатку розкривається віяло 11, що закріплено на корпусі 1 в контейнері 7, а слідом розкривається віяло 12, що з'єднано з віялом 11. Криволінійними стрілками на Фіг. 3 показані напрямки розкриття віял 11 і 12. При необхідності віяло 12 може не розкриватися або закритися, при цьому повітря випускається з віяла 12. При розкритих віял 11 і 12 апарат має нейтральну плавучість і рухається горизонтально або в залежності від тиску повітря в віялах апарат має позитивну плавучість і поступово підіймається до поверхні води. При розкритому тільки віялі 11, або випуску частини повітря з віял 11 і 12, апарат має нейтральну плавучість, або слабку негативну плавучість, і тоді може повільно заглиблюватися. В режимі планування мечовидний наконечник 8 втягується в його контейнер, носова частина 10 також втягується, при цьому кільцева щілина закривається, а мікробульбашки не генеруються. В основу конструкції крил 11 і 12 може бути закладено форма крил птахів з роду крупних морських птиць з сімейства Олушевих загону Пеліканоподібних. У разі зменшення або закінчення енергоємності електричних батарей апарат спливає і розташовується поблизу поверхні води, при цьому відкриваються керовані електрозамки, і з корпусу випускається система підзарядки електричних батарей, яка спливає і за допомогою енергії поверхневих хвиль води підживлює електричні батареї згідно з запропонованим методом в винаході [8]. Джерела інформації: 1. Поліщук С.В., Бабенко В.В. Підводний апарат з плавцевим рушієм. Деклараційний патент на Корисна модель України N49237 А, МКИ. В63Н1/36, В63В3/13, 16.09.2002, Бюл. № 9. 2. Довгій С.А., Мороз В.В., Бабенко В.В., Поліщук С.В. Підводний апарат. Деклараційний патент на корисну модель України N65250 А, МКИ. B63G8/42, В63В3/13, 15.03.2004, Бюл. N3. 3. Поліщук С.В., Бабенко В.В., Коробов В.I., Мороз В.В., Мартиненко І.І. Підводний апарат з плавцевим рушієм. Деклараційний патент на Корисна модель України N41616 А, МКИ. В63Н1/36, В63В3/13, 17.09.2001, - Бюл. № 8. 4. Коробов В.И., Бабенко В.В., Белинский В.Г. Плавниковый движитель. Авторское свидетельство СССР N1671515 А1, МКИ. В63Н1/36, 23.08.91, Бюл. N 31. 5. Бабенко В.В., Коробов В.И., Козлов Л.Ф. Регулируемое демпфирующее покрытие. Авторское свидетельство СССР № 597866, М. Кл. F15D1/12, 15.03.78, Бюл. № 10. 6. Babenko V.V. Method for reducing dissipation rate of fluid ejected into boundary layer. United States Patent N US 6,357,464 B2, Int.Cl. F17D 1/17, Mar. 19, 2002. 7. Babenko V.V., Chun H.H., Inwon Lee. Boundary Layer Flow over Elastic Surfaces. Compliant Surfaces and Combined Methods for Marine Vessel Drag Reduction. - Amsterdam, Boston, Heidelberg, -London and others. Elsevier publishers. Butterworth-Heinemann: 2012-631 p. 8. Поліщук С.В., Бабенко В.В., Коробов В.І. Рухомий буй. Деклараційний патент на Корисна модель, Україна, N28271 А, МКИ. F03B13/10, 16.10.2000, - Бюл. № 5-11 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Підводний апарат з плавцевим рушієм, в носовій і кормовій частинах якого розміщені електродвигуни, з боків якого встановлені крила, в центральній частині якого містяться нерухомі горизонтальні стабілізатори, а в хвостовій частині вертикальні стабілізатори, який відрізняється тим, що у хвостовій частині корпусу розміщується стандартна система гідродинамічних поворотних крил для стабілізації та маневрування апарата, стандартний двигун з гвинтом, розташований в кільці, а також балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном, в центральній частині апарата розташовані основні електричні батареї, що 3 UA 98592 U 5 10 15 забезпечують роботу стандартного електродвигуна, та хвостова частина апарата, що зовні покрита демпфіруючою поверхнею, а на кінці хвостової частини встановлено плавниковий рушій, причому центральна частина урівень з'єднана з носовою частиною апарата за допомогою керованих електрозамків, що забезпечують відділення центральної частини від носової частини апарата, циліндрична ділянка носової частині апарата зовні покрита демпфіруючою поверхнею, а усередині в ній розміщені електричні батареї та контейнер, що закріплений керованими електрозамками, з системою підзарядки електричних батарей від енергії хвиль, що пересуваються на водній поверхні, балон із стисним газом, що з'єднаний з гумовим балоном, вертикальний плавник, що висувається, контейнери з розміщеними в них боковими плавниками, що висуваються, контейнери з розміщеними в них боковими складними крилами, що висуваються та розкриваються, причому крила виконані в формі двох віял, з'єднаних між собою шарнірно, а конструкція віял при розкритті дозволяє наповнювати їх стисним газом так, що віяла приймають форму гідродинамічного профілю, передня частина містить контейнер з мечовидним наконечником, що висувається вперед та втягується як автоматична парасолька, та вісім отворів, з'єднаних з генераторами мікробульбашок, причому передня частина висувається вперед таким чином, що формується кільцева щілина для інжектування в примежовий шар водно-мікробульбашкової суміші, всі частини апарата, що висуваються, рухаються за допомогою електричних двигунів. 4 UA 98592 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: B63G 8/42, B63H 1/36, B63B 3/13, F15D 1/12

Мітки: підводний, універсальний, перемінним, опором, апарат

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/7-98592-universalnijj-pidvodnijj-aparat-z-pereminnim-oporom.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Універсальний підводний апарат з перемінним опором</a>

Подібні патенти