Буксируемый подводный аппарат, оснащенный гидроакустической аппаратурой для обнаружения заиленных объектов и трубопроводов

Буксируемый подводный аппарат, оснащенный гидроакустической аппаратурой для обнаружения заиленных объектов и трубопроводов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области производства подводных работ с использованием буксируемых подводных аппаратов (БПА), преимущественно оснащенных гидроакустической измерительной аппаратурой, и предназначено для обследования морских магистральных трубопроводов и может быть использовано для. поиска и обнаружения других подводных объектов.

Известно устройство, представляющее собой буксируемый подводный аппарат (В.А.Воронин, С.П.Тарасов, В.И.Тимощенко. Гидроакустические параметрические системы. Ростов-на-Дону. ООО Ростиздат. 2004, с.257. [1]), выполненный в виде полого цилиндрического тела со съемной головкой и хвостовыми частями и оснащенный носовой и кормовой телекамерами, гидролокатором бокового обзора с дальностью действия 100 м и параметрическим профилографом с цветным индикатором и вычислительно-управляющим модулем. Размеры БПА составляют: длина 1300 мм, диаметр 210 мм. Ввод сигнальных жил кабель-троса выполнен в головной части, кабельные вводы для приемных и излучающих антенн выполнены рядом с антеннами, все они герметичны и рассчитаны на погружение до глубины 100 м. На боковых частях буксируемого тела выполнены установочные площадки для четырех преобразователей накачки, на специальных бандажах крепятся четыре приемные антенны. Размещение четырех антенн позволяет производить зондирование в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также дает возможность с помощью наклоненной под углом 20 градусов антенны получать панорамное изображение рельефа дна.

Уменьшение рысканий и дифферента решается с помощью хвостового стабилизатора, выполненного в виде широкополосного обода, соединенного с хвостовой частью цилиндрического корпуса пластинчатыми спицами.

Стабилизация по крену (вращательное движение вокруг продольной оси) достигается за счет смещения центра тяжести буксируемого тела.

Необходимое заглубление буксируемого тела при минимальной вытравке кабель-троса осуществляется путем использования заглубительной решетки, что позволяет осуществлять отведение всей буксируемой системы в сторону от судна-носителя.

Ввиду того, что на БПА используют излучатели с узкими характеристиками направленности, то нейтрализация крена и рысканий БПА является определяющим фактором, при выполнении установленных требований, при решении таких задач, как обнаружение и контроль заиленного трубопровода, измерение толщины ила над ним, определение структуры донных слоев, оценка характеристик морского донного грунта, а также при проведении различных поисковых работ на подводных морских сооружениях, включая съемку рельефа дна.

БПА, как правило, используются для океанографических исследований в районах с особо сложными физико-географическими условиями (прикромочные районы Арктики, во фронтальных зонах и вокруг айсбергов). Указанные районы отличаются тем, что в них образуются температурно-соленостные неоднородности и вихри различных масштабов, оказывающие значительное влияние на распределение скорости в месте проведения исследований.

При этом измерения должны производиться непрерывно и при этом, при выявлении неоднородностей, расстояния между разрезами не должно превышать половины минимального диаметра неоднородностей, а частота измерения на разрезах не должна быть меньше 1/8-1/10 диаметра неоднородности (см., например: А.Т.Щвецов. Использование автономных самоходных и буксируемых измерительных комплексов для исследования неоднородностей океанографических полей // Записки по гидрографии. Л., ГУНиО МО РФ, №253, 2001, с.48).

БПА - как техническое средство для проведения гидрологических работ - представляет собой динамическую систему, имеющую шесть степеней свободы: три степени свободы по линейным перемещениям, характеризующим траекторию движения БПА по курсу, скорости и глубине погружения, три степени свободы по угловым перемещениям БПА по дифференту, рысканию и крену.

В существующих способах проведения гидрологических работ (съемка рельефа дна, поиск затонувших объектов, мониторинг трубопроводов и т.д.) точность определения параметров посредством, установленных на БПА гидроакустических средств, в основном оценивается по точности определения места судна-носителя и БПА.

Однако при детальной съемке, точность привязки исследуемых подводных элементов к координатам в значительной степени определяется положением на дне пятна, освещаемого гидроакустическим средством, положение этого пятна, в свою очередь, зависит от ориентации и глубины погружения БПА (см., например: В.Н.Завгородний. О влиянии погрешностей ориентации и глубины погружения буксируемого подводного аппарата на точность съемки рельефа дна // Записки по гидрографии. Л., ГУНиОМОРФ, №253, 2001, с.33).

Качество гидроакустических зондирований подводных объектов в первую очередь зависит от точности стабилизации положения аппарата по глубине, рысканию, дифференту и крену.

Требования к точности стабилизации аппарата при его буксировке, как правило, определяются шириной характеристики направленности гидроакустического средства в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

При этом глубина погружения регулируется длинной кабель-троса, а стабилизация ориентации по дифференту и рысканию определяется обводами корпуса БПА, местом крепления кабель-троса к корпусу аппарата, фиксированным положением рулей. Кроме того, траектория движения БПА по глубине и ориентация по рысканию и дифференту зависят от скорости буксировки, подводных течений и воздействия волнения моря на судно-буксировщик.

Как показывает, выполненный анализ погрешностей съемки дна с использованием гидроакустических средств, установленных на БПА, наибольший вклад в радиальную погрешность вносят погрешности съемки рельефа из-за рыскания, крена и дифферента БПА. Немало важным фактором является и производительность съемки рельефа дна. Производительность съемки рельефа дна зависит от скорости буксируемого БПА и ширины обследуемой полосы рельефа дна. При увеличении полосы съемки рельефа дна точность съемки ухудшается, что требует повышения кратности зондирования рельефа дна посылками импульсов и, следовательно, ведет к уменьшению скорости буксировки. Скорость буксировки БПА также оказывает противоречивое влияние на качество съемки. При увеличении скорости точность улучшается из-за лучшей стабилизации ориентации и глубины БПА, а кратность зондирования рельефа дна гидроакустическим средством для повышения точности уменьшается, т.е. имеет место задача оптимизации выбора скорости буксировки и ширины полосы, обследуемой гидроакустическим средством.

В известных устройствах стабилизации (Авторское свидетельство СССР №1308040 [2]; Авторское свидетельство СССР №1360405 [3]) устойчивость движения и ориентации, применительно к надводным судам, достигается за счет использования следящих систем положения рулей как регуляторов с обратной связью для удержания заданного положения судном. Однако известные системы стабилизации [2, 3] имеют сложную конструкцию и существенные массогабаритные характеристики, что практически исключает их применение на БПА, имеющих небольшие массогабаритные характеристики.

Также известно, что все буксируемые средства подвержены рысканию (см., например: Аносов А.В., Дидык А.Д. Управление судном и его техническая эксплуатация. М.: Транспорт, 1976, 504 с.; Знамеровский Б.П. Теоретические основы управления судном. Л.: ЛВИМУ, 1974, с.124), и полностью исключить влияния рыскания при их буксировке при использовании известных конструкций буксируемых подводных аппаратов, практически невозможно, что не позволяет выполнять буксировку при скорости движения более 3-х узлов из-за наличия в их конструкции заглубительной решетки.

Кроме того, возникают технические проблемы при поиске лежащих под слоем донного ила объектов и трубопроводов. Гидроакустический поиск в таких условиях сопровождается большим количеством ложных тревог. При малой толщине ила над заиленным трубопроводом необходимо использование только высоконаправленных систем для получения высокого разрешения. Одновременно система должна быть низкочастотной для хорошего проникновения сигнала в толщу донных осадков. Проблема контроля трубопроводов возникает, как правило, на мелководье, что требует ограниченных габаритов антенн. В известных конструкциях, с учетом сравнительно небольших размеров заиленных объектов и труб, используют сканирование узкого параметрического луча, что усложняет систему управления подводным буксируемым аппаратом.

Задачей заявляемого технического решения является повышение достоверности обнаружения подводных объектов и трубопроводов при гидроакустическом поиске за счет повышения точности ориентации буксируемого подводного аппарата путем уменьшения влияния рыскания, дифферента и сноса буксируемого аппарата под действием подводных течений.

Поставленная задача решается за счет того, что буксируемый подводный аппарат, оснащенный гидроакустической аппаратурой для обнаружения заиленных объектов и трубопроводов, и выполненный в виде полого цилиндрического корпуса со съемной головкой и хвостовым стабилизатором, снабженный заглубляющим устройством и оснащенным параметрическим профилографом, вычислительно-управляющим модулем, и соединенный с судном-буксировщиком кабель-тросом, в котором стабилизатор состоит из двух плоскостей, образующих Х-образную конструкцию, заглубляющее устройство выполнено в виде горизонтального крыла и двух вертикальных крыльев, при этом вертикальные крылья установлены на полуосях, расположенных в поперечной плоскости относительно цилиндрического корпуса, и снабжены поворотным механизмом, вертикальные крылья расположены симметрично относительно друг друга, на верхней плоскости цилиндрического корпуса, на горизонтальном крыле установлен буксировочный узел, с герметичным разъемом для крепления кабель-троса и ввода кабеля в буксируемый подводный аппарат, кабель-трос снабжен гидродинамическим заглубителем, выполненным в виде гидродинамического заглубителя, снабженного системой с радиально направленными подпружиненными механическими датчиками, имеющими на концах колеса, в носовой части цилиндрический корпус сочленен с трубчатой скобообразной рамой, концы которой сочленены с соответствующими Х-образными плоскостями стабилизатора, в нижней части цилиндрический корпус снабжен нишей, в которой установлен крейт с закрепленными на нем элементами параметрического профилографа, ниша снабжена обтекателем, выполненным из сферопластика, буксируемый подводный аппарат дополнительно снабжен системой ориентации и навигации, состоящей из бесплатформенной инерциальной системы, информационно соединенного с бортовой аппаратурой управления судна-буксировщика и вычислительно-управляющего модуля буксируемого подводного аппарата, а в параметрическом профилографе, включающем излучающую параметрическую антенну накачки и приемную антенну, средства обработки и регистрации гидроакустических сигналов, излучающая параметрическая антенна накачки и приемная антенна выполнены в виде отдельных устройств, при этом излучающая параметрическая антенна, содержащая фазированную решетку и каналы усиления, выполнена с 12 каналами усиления, фазированная решетка выполнена со смещением линеек излучающих элементов относительно друг друга на фиксированную величину, при этом технологический зазор между элементами излучения заполнен пенополиуретаном, приемная антенна выполнена в виде восьми линеек с фиксированным зазором, каждая из линеек набрана из двадцати полых цилиндрических пьезоэлементов, следующих друг за другом с фиксированным зазором.

Совокупность новых отличительных признаков, заключающихся в том, что стабилизатор состоит из двух плоскостей, образующих Х-образную конструкцию, заглубляющее устройство выполнено в виде горизонтального крыла и двух вертикальных крыльев, при этом вертикальные крылья установлены на полуосях, расположенных в поперечной плоскости относительно цилиндрического корпуса, и снабжены поворотным механизмом, вертикальные крылья расположены симметрично относительно друг друга, на верхней плоскости цилиндрического корпуса, на горизонтальном крыле установлен буксировочный узел, с герметичным разъемом для крепления кабель-троса и ввода кабеля в буксируемый подводный аппарат, кабель-трос снабжен гидродинамическим заглубителем, выполненным в виде гидродинамического заглубителя, снабженного системой с радиально направленными подпружиненными механическими датчиками, имеющими на концах колеса, в носовой части цилиндрический корпус сочленен с трубчатой скобообразной рамой, концы которой сочленены с соответствующими Х-образными плоскостями стабилизатора, в нижней части цилиндрический корпус снабжен нишей, в которой установлен крейт с закрепленными на нем элементами параметрического профилографа, ниша снабжена обтекателем, выполненным из сферопластика, буксируемый подводный аппарат дополнительно снабжен системой ориентации и навигации, состоящей из бесплатформенной инерциальной системы, информационно соединенного с бортовой аппаратурой управления судна-буксировщика и вычислительно-управляющего модуля буксируемого подводного аппарата, а в параметрическом профилографе, включающем излучающую параметрическую антенну накачки и приемную антенну, средства обработки и регистрации гидроакустических сигналов, излучающая параметрическая антенна накачки и приемная антенна выполнены в виде отдельных устройств, при этом излучающая параметрическая антенна, содержащая фазированную решетку и каналы усиления, выполнена с 12 каналами усиления, фазированная решетка выполнена со смещением линеек излучающих элементов относительно друг друга на фиксированную величину, при этом технологический зазор между элементами излучения заполнен пенополиуретаном, приемная антенна выполнена в виде восьми линеек с фиксированным зазором, каждая из линеек набрана из двадцати полых цилиндрических пьезоэлементов, следующих друг за другом с фиксированным зазором, из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.

Фиг.1. Схема буксировки подводного аппарата. На схеме показаны: судно-буксировщик 1, снабженное устройствами постановки и буксировки подводного аппарата, буксируемый подводный аппарат 2, устройство заглубления 3, кабель-трос 4, морская поверхность 5, морское дно 6, трубопровод 7.

Фиг.2. Конструкция буксируемого подводного аппарата. Буксируемый подводный аппарат 2 включает прочный корпус 8, трубчатая скобообразную раму 9, стабилизатор 10, горизонтальное крыло 11, вертикальные крылья 12, буксировочный узел 13, обтекатель 14, нишу 15, полуось 16, электропривод 17. Передняя и задняя торцевые части прочного корпуса 8 снабжены обтекателем 18.

Фиг.3. Положение буксирной линии от судна-буксировщика до рабочей глубины 350 м при различных скоростях буксировки, где Hm - рабочая глубина, Y - длина буксировочного троса, V - скорость буксировки (V₁=3 уз; V₂=4 уз; V₃=4,5 уз; V₄=5 уз; V₅=6 уз; V₆=7 уз; V₇=8,2 уз).

Фиг.4. Конструкция крейта. Крейт включает переднюю стенку 19, швеллер 20, уголок 21 для крепления передней стенки 19 к швеллеру 20, уголок 22 для крепления разделительного ребра, направляющую 23, заднюю стенку 24, разделительное ребро 25.

Фиг.5. Поверхность излучающей параметрической антенны. Поверхность излучающей параметрической антенны образована пьезоэлементами 26, запараллеленные в ячейки 27. Технологические зазоры 28 заполнены пенополиуретаном.

Фиг.6. Поверхность приемной антенны. Поверхность приемной антенны образована полыми цилиндрическими пьезоэлементами 29 с образованием восьми линеек 30. Зазоры 31 между полыми цилиндрическими пьезоэлементами в каждой линейке 30 равны 3 мм. Зазоры 32 между линейками 30 равны 4 мм.

Судно-буксировщик 1 содержит штатные судовые средства постановки буксируемого подводного аппарата, оснащенного гидроакустическими средствами зондирования подводной обстановки. К средствам постановки относятся лебедки, подъемные краны и т.д.

Внутри прочного корпуса 8 установлены приборы параметрического профилографа, система ориентации и навигации и вычислительно-управляющий модуль.

Управление буксируемым подводным аппаратом 2 осуществляется посредством бортовой аппаратуры, установленной в пульте управления на борту судна-буксировщика 1.

Трубчатая скобообразная рама 9 обеспечивает устойчивое положение буксируемого подводного аппарата на палубе и защищает антенны профилографа, расположенные под прочным корпусом 8 в нише 15, от случайных ударов о грунт и палубу. Трубчатая скобообразная рама 9 соединена с прочным корпусом 5 в носовой части буксируемого подводного аппарата при помощи двух наклонных плоских листов и в кормовой части при помощи двух элементов стабилизатора. Трубчатая скобообразная рама 9 изготовлена из алюминиевого сплава АМГ-6.

Прочный корпус 8 обеспечивает защиту расположенной внутри него аппаратуры от воздействия морской воды. В конструкции используется цилиндрический прочный корпус из алюминиевого сплава АМГ-6, имеющий внутренний диаметр 200 мм и толщину стенки 8 мм. Длина цилиндрической части корпуса (1800 мм) обеспечивает необходимый объем для размещения электронной аппаратуры. Ниша 15, расположенная в прочном корпусе 8, закрывается обтекателем 14, выполненным из сферопластика ЭДС-400ТЕ. На переднем обтекателе 18 при необходимости может быть установлена антенна гидролокатора бокового обзора или многолучевого эхолота.

Стабилизатор 10 обеспечивает гидродинамическую устойчивость буксируемого аппарата по направлению движения. Стабилизатор 10 имеет четыре плоскости, образующие X-образную конструкцию. Плоскости имеют профиль крыла и изготовлены из алюминиевого сплава АМГ-6.

Вертикальные крылья 12 служат для управления положением буксируемого аппарата в горизонтальной плоскости. Вертикальные крылья 12 прикреплены к горизонтальному заглубляющему крылу 11, имеют симметричный обтекаемый профиль. Расположение вертикальных крыльев 12 выбрано таким образом, чтобы равнодействующая боковых сил при их повороте проходила через буксировочный узел 13. При этом условии аппарат перемещается лагом без изменения угла курса.

Вертикальные крылья 12 приводятся в действие автоматизированным электроприводом триммирования ЭПТ-324 (двухдвигательный механизм поступательного движения, выполненный единым узлом). Электропривод позволяет осуществлять управление исполнительным механизмом по двум независимым электрическим каналам. Электропривод 17 устанавливается на горизонтальном заглубляющем крыле 11 в разгруженном корпусе, заполненном маслом.

Горизонтальное крыло 11 используется для перемещения буксируемого аппарата на рабочую глубину. Имеет симметричный профиль. Площадь крыла составляет ~0,5 м², что позволяет при скорости 8,2 узла получить заглубляющее усилие ~500 кг.

На верхней поверхности цилиндрического корпуса, на горизонтальном крыле 11 расположен буксировочный узел 13, включающий силовую гребенку, позволяющую менять точку приложения усилия буксировки.

На концевых участках горизонтального крыла 11 установлены вертикальные крылья 12, выполненные в виде элерона, и представляют собой рули активной стабилизации буксируемого подводного аппарата 2 по крену.

Буксировочный кабель-трос 4 выполнен с учетом больших скоростей буксировки (до 8,2 уз). При этом важнейшими характеристиками кабель-троса 4 являются его механические параметры, такие как диаметр, разрывное усилие и вес погонного метра. Натяжение кабель-троса на коренном конце при скорости буксирования 8,2 узла (4,1 м/с) будет более 40 кН. Поэтому грузонесущая часть кабель-троса 4 имеет наружную броню из стальных оцинкованных проволок с разрывным усилием не менее 70 кН.

Так как по кабель-тросу 4 передается большой объем информации от параметрического профилографа и приборов навигации на судно-буксировщик и передача команд управления на буксируемый аппарат, то конструкция кабель-троса 4 имеет два оптических канала связи. Для заполнения сердечника и расширения функционального использования кабель-троса 4 в его конструкцию введены шесть сигнальных проводников.

В конкретном исполнении использован кабель-трос типа КГ (6×0,2+2×100 В)-70-90, отвечающего вышеизложенным требованиям.

Устройство заглубления 3 представляет собой гидродинамический заглубитель, который осуществляет перемещение буксируемого аппарата 2 по вертикали на рабочие глубины при заданных скоростях буксировки и длинах кабель-троса 4. Гидродинамический заглубитель 3 представляет собой конструкцию, в которой используются профили пластин, изогнутых по дуге круга и установленных между боковинами. Гидродинамический заглубитель 3 устанавливается на кабель-тросе 4 на расстоянии от 60 до 80 метров от буксируемого подводного аппарата, выполненного в виде гидродинамического заглубителя, снабженного системой с радиально направленными подпружиненными механическими датчиками, имеющими на концах колеса для перемещения заглубителя вдоль кабель-троса 4, что позволяет при необходимости изменять горизонт погружения буксируемого подводного аппарата.

Пульт управления буксируемым подводным аппаратом 2 установлен на палубе судна-буксировщика 1. В пульте управления расположен силовой блок, обеспечивающий преобразование электроэнергии и питание механизмов и оборудования буксируемого аппарата 2, блок электроники, персональный компьютер и органы управления.

Силовой блок стойки управления представляет собой инвертор, преобразующий однофазное судовое напряжение - 220 В, 50 Гц в постоянное напряжение 600 В для передачи его по кабель-тросу 4 на буксируемый подводный аппарат 2. Силовой блок обеспечивает набор необходимых напряжений для питания органов управления судового палубного блока. Силовой блок снабжен индикаторами включения судового напряжения и напряжения питания аппаратуры буксируемого подводного аппарата 2.

Блок электроники имеет модуль системы передачи, приема и обработки информации (системы телеметрии), обеспечивающий обмен информацией с буксируемым подводным аппаратом 2 по оптоволоконному кабелю и ее обработку.

На панели блока электроники установлен индикатор длины кабель-троса 4 от кормы судна-буксировщика 1 до буксируемого подводного аппарата 2. Сигнал к панели поступает от счетчика длины, установленного на буксирном блоке судового спуско-подъемного устройства.

В судовом палубном блоке расположен системный блок персонального компьютера, монитор и клавиатура на консоли.

На выносной консоли судового палубного блока установлены две рукоятки управления (манипуляторы). Один манипулятор предназначен для управления лаговым движением буксируемого подводного аппарата 2, второй - для дистанционного управления лебедкой.

На стандартной стойке судового палубного блока предусмотрена установка откидных панелей, предназначенных для крепления дублирующих персональных, компьютеров и вывода вспомогательной информации.

В состав системы ориентации и навигации входят датчики первичной информации, выполненные по технологиям микросистемной техники, а также аппаратные средства для сбора, предварительной обработки информации и реализации программно-алгоритмического обеспечения для решения задач ориентации и навигации.

Датчики первичной информации включают микромеханические гироскопы, микромеханические акселерометры, микромагнитометр векторный.

Аппаратные средства включают многоканальный аналого-цифровой преобразователь и цифровой сигнальный процессор.

Основой системы ориентации и навигации является бесплатформенная микромеханическая курсовертикаль. Курсовертикаль и вычислитель образуют микромеханический инерциальный измерительный блок (МИИБ). Блок предназначен для измерения углов курса, крена и дифферента буксируемого подводного аппарата 2, составляющих векторов угловой скорости, линейного ускорения, компонент магнитного поля. В качестве чувствительных элементов используются микромеханические датчики угловой скорости и линейного ускорения. Для измерения компонента магнитного поля используется магниторезистивный магнитометр. Магнитометр используется в качестве корректора МИИБ для компенсации погрешностей угловой ориентации, возникающих вследствие дрейфа микромеханических гироскопов. Аналоговые данные, поступающие с датчиков первичной информации, обрабатываются аналого-цифровым преобразователем высокой разрядности. Для реализации вычислительных алгоритмов в состав блока входит высокопроизводительный цифровой сигнальный процессор.

В качестве базовых чувствительных элементов в предлагаемом устройстве используется МИИБ, содержащий три датчика угловой скорости и три акселерометра, встроенный датчик температуры и собственный контроллер, обеспечивающий предварительную обработку сигналов гироскопов и акселерометров и выдачу ее в цифровом виде потребителям. Встроенный датчик температуры предназначен для коррекции температурных дрейфов датчиков угловой скорости и акселерометров. В качестве измерителя индукции магнитного поля используются магниторезистивные датчики. В качестве вычислителя применен цифровой сигнальный процессор Sharc ADSP21262LQFP.

Аппаратные средства системы управления, входящие в состав системы, обеспечивают независимое управление приводов каналов крена и курса, осуществляют измерение углов курса, крена и дифферента буксируемого подводного аппарата, измерение компонент векторов угловой скорости, линейного ускорения, магнитного поля, формируют управляющие сигналы для решения целевых задач управления и стабилизации.

Основным элементом вычислительно-управляющего модуля является микропроцессор на базе DSP-процессора, работающего под управлением встраиваемой операционной системы uCLinux.

Независимый привод каждого из каналов управления построен на основе системы привода производства компании Faulhaber. Высокоточная цифровая система управления приводом обеспечивает высокое быстродействие, позволяет регулировать параметры привода в широком диапазоне, обеспечивает точное позиционирование по углу поворота оси привода колеса.

Микромеханический инерциальный измерительный блок (МИИБ) определяет углы курса, крена и дифферента, обеспечивает систему управления инерциальной и навигационной информацией.

Вычислительно-управляющий модуль на основе DSP-процессора является устройством, обеспечивающим программную и аппаратную интеграцию отдельных блоков, входящих в состав аппаратных средств системы. Процессор позволяет выполнять операции над 32-х разрядными числами в формате с плавающей запятой, что обеспечивает точность вычислений, достаточную для решения большинства задач управления и навигации. Тактовая частота процессора составляет 400 МГц. Помимо процессора в состав платы вычислительно-управляющего модуля входят микросхемы памяти SDRAM, микросхемы памяти flash, микросхемы интерфейсов ввода-вывода. Такое построение системы позволяет решать в реальном времени сложные вычислительные задачи, большой объем оперативной памяти системы позволяет осуществлять реализацию ресурсоемких алгоритмов.

Различные компоненты системы управления и навигации подключены к вычислительно-управляющему модулю с помощью последовательных синхронных и асинхронных портов ввода-вывода. Контроллеры привода каналов управления подключены к модулю с помощью асинхронных портов ввода-вывода UART0 и UART1. С помощью данных интерфейсов контроллерам передаются команды, задающие режимы движения валов, а контроллеры, в свою очередь, обеспечивают модуль информацией об угловом положении валов, токах в двигателях, скорости вращения.

Микромеханическая курсовертикаль в составе МИИБ подключена к вычислительному модулю с помощью синхронного последовательного порта SPORT. Вывод данных, а также управление оператором осуществляется с помощью блока, реализующего двунаправленный канал передачи данных, подключенного к вычислительно-управляющему модулю с помощью асинхронного интерфейса UART2. Все операции обмена между модулем и периферийными устройствами осуществляются с помощью использования механизмов DMA (прямого доступа к памяти), что позволяет, несмотря на интенсивность операций обмена данными, разгрузить ядро цифрового сигнального процессора.

Система управления и стабилизации буксируемого подводного аппарата по крену и курсу предназначена для задания ориентации в пространстве установленного на нем параметрического профилографа. Для управления ориентацией вокруг одной оси используется система привода, состоящая из двигателя постоянного тока с редуктором и магнитным энкодером и системы управления. Двигатель постоянного тока типа «Faulhaber» имеет конструкцию с полым ротором, что дает ряд преимуществ, таких как: низкое энергопотребление, отсутствие потерь в сердечнике ротора, низкое напряжение трогания, малый момент инерции ротора, позволяющие быстрые разгон и торможение, низкие массогабаритные показатели. В составе привода использован редуктор типа «Faulhaber» в исполнении со стальными шестернями для обеспечения повышенной износоустойчивости. Магнитный энкодер IE-512 обеспечивает высокое разрешение в 512 линий на оборот, что позволяет осуществлять плавное и высокоточное управление приводом.

В цифровом контроллере MCDC3003 в качестве вычислителя используется цифровой сигнальный процессор, что позволяет осуществлять высокоточное и высокоскоростное управление (0.18° - ошибка по углу, частота работы следящего контура - 100 Гц). Цифровой контроллер привода принимает по интерфейсу UART поступающие от вычислительно-управляющего модуля команды. Режимы работы привода задаются соответствующими форматами команд, при этом используются режимы управления по угловому положению (задается и поддерживается по достижении целевое угловое положение) и управления по скорости (задается величина угловой скорости вращения вала). Для настройки параметров следящего контура контроллера пользователю предлагается ряд параметров, таких как: максимальное угловое ускорение, максимальная угловая скорость, максимальный ток в двигателе, пропорциональный и интегральный коэффициенты цепи обратной связи по угловой скорости, пропорциональный и дифференциальный коэффициенты цепи обратной связи по угловому положению вала. Все вышеперечисленные коэффициенты могут быть подобраны исходя из заданного критерия оптимальности, и изменены в процессе работы для адаптации к изменившемуся режиму движения.

Для решения задач навигации буксируемого подводного аппарата 2 используются следующие варианты аппаратного обеспечения.

1. Определение координат относительно буксирующего судна 1 на основе информации о длине троса и угла, измеряемого на буксирующем судне 1 либо на буксируемом подводном аппарате с помощью курсовертикали.

2. Определение координат относительно буксирующего судна 1 на основе информации о длине троса и угловой азимутальной скорости, измеряемой с помощью датчика угловой скорости в составе курсовертикали.

3. Определение координат относительно буксирующего судна на основе информации от датчика скорости буксируемого подводного аппарата 2 и азимутального угла ориентации буксируемого подводного аппарата 2 от курсовертикали.

4. Определение координат с помощью инерциальной системы.

Приемно-излучающая антенна закрыта обтекателем 15, выполненным из сферопластика ЭДС-400ТЕ. Основная задача обтекателя 15 антенны параметрического профилографа заключается в перекрытие зазора между прочным корпусом 8 буксируемого подводного аппарата 2 и антенной профилографа и обеспечить плавный переход от плоскости антенны к обечайке корпуса.

Для проведения работ с буксируемым подводным аппаратом используются суда, имеющие возможность плавно регулировать ход в диапазоне от 2 до 10 узлов. Судно-буксировщик имеет подруливающие устройства, так как буксирная линия значительно ухудшает маневренность судна.

Судно-буксировщик оснащено спуско-подъемном устройством (СПУ), которое представляет собой П-образную раму, установленную на корме или кран-манипулятор. В диаметральной плоскости судна установлена тяговая лебедка с усилиями, соответствующими характеру буксировки, и с соответствующей емкостью барабана. Лебедка оборудуется кабелеукладчиком, скользящим токосъемником, счетчиком длины вытравленного кабель-троса 4.

СПУ оборудовано канифас-блоком с боковыми ограничивающими ролами. Боковые ролы препятствуют сходу кабель-троса 4 из ручья канифас-блока при развороте судна-буксировщика 1 на новый галс или сильной боковой качке.

При производстве работ по буксировке подводное буксируемый подводный аппарат располагают на палубе под рамой СПУ, находящейся в походном (заваленном на палубу) положении. Кабель-трос закрепляется на буксируемом подводном аппарате и заводится в канифас-блок. Тяговая лебедка выбирает слабину и приподнимает буксируемый подводный аппарат над палубой. Далее производится вынос П-рамы СПУ за корму.

Судно-буксировщик 1 дает «самый малый» вперед и оператор лебедки начинает травить кабель-трос до достижения буксируемым подводным аппаратом 2 заданной глубины.

При значительном волнении при спуске и подъеме буксируемый подводный аппарат берется на оттяжки, препятствуя его раскачке с борта на борт.

При работе на больших скоростях для достижения требуемых глубин применяется гидродинамический заглубитель 3, который устанавливается на кабель-трос 4 в 60-70 метрах от буксируемого подводного аппарата 2.

Установка гидродинамического заглубителя 3 заключается в следующем:

- опустив буксируемый подводный аппарат на 50-70 метров, судовая лебедка останавливается, кабель-трос 4 фиксируется клиновым зажимом, после чего лебедка дает слабину палубной части кабель-троса 4,

- гидродинамический заглубитель 3 устанавливается на палубе, свободная часть кабель-троса 4 заводится в ложемент гидродинамического заглубителя 3 и фиксируется на нем наложенными захватами,

- СПУ поднимает гидродинамический заглубитель 3, лебедка выбирает слабину так, чтобы можно было освободить клиновый зажим,

- СПУ выносит гидродинамический заглубитель 3 за корму, при этом лебедка выпускает кабель-трос 4, давая возможность П-образной раме вынести гидродинамический заглубитель 3. Как только гидродинамический заглубитель 3 оказывается за бортом, оператор лебедки набивает трос, снимая нагрузку с крана. После этого, глаголь-гак освобождает подъемный трос, на котором опускается гидродинамический заглубитель 3. СПУ становится в исходное положение, и оператор лебедки начинает опускание всей системы до рабочей глубины.

Подъем гидродинамического, заглубителя 3 и буксируемого подводного аппарата 2 происходит в обратной последовательности.

Если на судне нет кормовой П-образной рамы, то буксирование можно осуществлять с борта, вешая канифас-блок на «выстрел». В этом случае буксируемый подводный аппарат 2 выносят за борт и опускают в воду бортовым краном на спусковом тросе с глаголь-гаком. После спуска буксируемого подводного аппарата 2 в воду кабель-трос 4 заводится в буксировочный канифас-блок, посредством лебедки выбирает слабину, снимая нагрузку со спускового троса. Раскрывается глаголь-гак, освобождая буксируемый подводный аппарат 2 от спускового троса. Во всех случаях на судне должна быть кабельная лебедка с токосъемником, при этом весь такелаж должен иметь радиусы изгиба не менее 20 диаметров кабель-троса 4.

При проведении испытаний заявляемого технического решения (буксируемый подводный аппарат) были получены различные положения «чистого» кабель-троса 4, которые он занимает в водном потоке при движении судна-буксировщика 1 со скоростями от 0,5 до 4,1 м/с. При штатной строительной длине кабель-троса 4, равной 1000 м, буксируемый подводный аппарат 2 достигает заданной рабочей глубины в 350 м только до скорости 3 уз (1,5 м/с).

Для расширения диапазона скорос