Мультимедийный компьютерный алгоритм проектно-конструкторских разработок концептуальных интеллектуальных подводных аппаратов с особыми

гидродинамической формой и движителем

В. А. Носарев,
МНС-441 лаб., лейтенант,
4 ЦНИИ МО РФ, nosarev_vladimir@bk.ru, г. Юбилейный МО

Океанотехника, связанная с созданием и использованием подводных аппаратов-роботов – сравнительно молодая и интенсивно развивающаяся область, в основе которой существуют определенные технические традиции, общие тенденции и нерешенные проблемы. Достаточно сказать, что в создании и использовании автономных, телеуправляемых и буксируемых аппаратов, несмотря на некоторые сложившиеся общие подходы и технологии, нет пока законченной обоснованной теории, а также и общей практики решения различных задач. Мировой опыт в этом отношении довольно разнообразен, и в настоящее время в распоряжении специалистов имеется немало возможностей для обмена информацией по различным вопросам проектирования, разработки и эксплуатации аппаратов.

В настоящее время встает проблема увеличения автономности аппаратов для выполнения той или иной поставленной задачи, реализуемая на основе разработок ИПА (интеллектуальных подводных аппаратов), в основном за счет развития и внедрения в автономные подводные аппараты искусственного интеллекта.

Опыт США, Канады, Японии, Европейских стран свидетельствует о том, что в настоящее время автономные аппараты способны кроме «традиционных» задач решать и совершенно новые задачи по океанографии, обслуживанию сооружений и коммуникаций, освещению подводной обстановки, морской геологоразведке, экологии и мониторингу и ряду других применений, включая и работы подо льдом.

Применяя АНПА (автономные необитаемые подводные аппараты) и ИПА можно добиться значительной экономии средств, для решения поставленных задач. (“Автономные подводные роботы” М.Д. Агеев: издательство «Наука», 2005 г.)

Широко известны проекты под названием «Нептун» - осуществляют университет Вашингтона (University of Washington), университет Виктории (University of Victoria), океанографическое общество Вудс-Хол (Woods Hole Oceanographic Institution), NASA, а также — ряд других организаций США и Канады. Это роботизированная исследовательская сеть, покрывающая участок дна размером 500 на 1 тысячу километров, развертывается на тектонической плите Хуан-де-Фука (Juan de Fuca) в Тихом океане, лежащей близ побережья США и Канады.

И проект «Арго» - Международный проект по сбору данных со всей площади мирового океана. Роботы Argo находятся во всех земных океанах и почти на всех широтах. Они постоянно передают через спутники данные о погоде над океаном и различных параметрах воды как на поверхности, так и на глубине. Эти данные поступают в 12 наземных центров и используются климатологами и океанографами десятков стран. Периодически Argo ныряют на глубину до 1.6 км и вновь всплывают для передачи информации. Эти роботы рассчитаны на 4-летний дрейф.
Специалисты проекта отмечают, что с развертыванием столь широкой сети датчиков им стала доступна картина процессов, которые не удавалось улавливать ранее никакими иными способами. В частности, теперь возможно отслеживать динамику таких событий, как кратковременные ураганы, и рассчитывать - сколько энергии ураган "выкачал" из поверхностных вод в том месте, где зародился. Полное проектное число роботов Argo - 3 тыс. штук.

Цель обоих проектов мониторинг океанологической обстановки и в первом случае проведение ряда работ.

В рамках работы рассматриваются два концептуальных интеллектуальных подводных аппарата (ИПА) с нетрадиционной гидродинамической формой (формой акул) с плавниковым движителем, различающиеся формой подобных акул: белая акула (рис. 1) и (рис. 2) и рыба - молот (рис. 3). Аппараты и проектные подмодели спроектированы в среде Solid Works 2006. рассчитаны прочностные и гидродинамические характеристики при помощи встроенных подпрограмм (Cosmos Express и FloWorks).

рис. 1 Интеллектуальный подводный аппарат («белая акула»)

рис. 2 Компоновка интеллектуального подводного аппарата («белая акула»)

рис.3 Интеллектуальный подводный аппарат («рыба - молот»)

Основные ТТХ:

Рабочая глубина до 850 м

Скорость до 5 м/с

Длина до 3.6 м

Ширина до 1.1 м

Масса до 310 кг

Круг задач и выполняемых функций сводится к обследованию морского дна, окружающей водной среды, на выявление объектов и передачи данных о них (фото, видео, параметры с датчиков) посредством связи пользователю. Связь подразумевается как по гидроакустическому каналу, так и радиосвязь с поверхности воды.

Круг задач можно расширять посредством расширения возможностей искусственного интеллекта и внедрения в структурную схему аппарата различных технических модулей. Возможно наделение ИПА управленческими функциями для других аппаратов, с последующим выполнением последними робототехнических работ. Так же снабжение ИПА средствами для уничтожения мин (химические, механические, взрывные и т.д.), обозначения опасных или представляющих интерес затонувших объектов маркерами, снабжение малогабаритными торпедами для военных целей, контейнерами для транспортировки грузов, взятия проб и т.д.

Основной особенностью проектируемых аппаратов в рамках этой работы, является нетрадиционный плавниковый движитель и нетрадиционная гидродинамическая форма, благодаря этому аппарат имеет свои преимущества.

К преимуществам такого рода аппаратов относятся главным образом:

1. Уменьшенная шумность при передвижении по сравнению с аппаратами с винтовыми движителями (обеспечивается безотрывным некавитационным обтеканием аппарата, отсутствием сильных вихревых потоков);

2. Имеет маскировочный фактор (похож на акулу конструктивно и его динамика движения повторяет динамику движения акул);

3. Имеет модульную структуру (аппарат разбит по функциональным отсекам, и они могут дополняться и/или модифицироваться в зависимости от выполняемых задач);

4. Имеет обтекаемую гидродинамическую форму, и как следствие, малое гидродинамическое сопротивление и меньшее энергопотребление на передвижение, что ведет к увеличению времени автономной работы;

5. Состоит из немагнитных материалов, что уменьшает заметность и в случае работ по обезвреживанию мин не вызывает срабатывание их неконтактного магнитного взрывателя.

Все это позволяет аппаратам более незаметно (эффективно) производить свою разведывательную, поисковую деятельность по сравнению с аппаратами с другими классическими движителями и формами и возможно более эффективное применение в военных целях. А так же простота изготовления плавникового движителя в совокупности с вышеперечисленными преимуществами оставляет за собой право быть такого рода аппаратов в жизни.

Литература

1. “Автономные подводные роботы” М.Д. Агеев: издательство «Наука», 2005 г.