С конца 2011 года Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (СПбГМТУ) проводит комплексные исследования в обеспечение создания глобальной информационно-измерительной системы, использующей в своем составе различные типы морских роботизированных объектов (МРО).
К рассматриваемым МРО отнесены следующие автономные необитаемые измерительные/обеспечивающие платформы: подводные глайдеры, буи и зонды переменной плавучести, поверхностные волновые буи, волновые глайдеры, донные коммуникационные станции, узлы подводной стыковки-расстыковки мобильных автономных роботизированных объектов, буферные преобразователи-накопители энергии океана и солнца.
Перечисленные МРО в совокупности образуют комплекс технических средств - эффективных элементов морской информационно-коммуникационной сети двойного назначения.
Длительное автономное скрытное нахождение на маршруте или в заданном районе плавания с целью сбора оптических, гидроакустических, гидрофизических, химических и радиационных параметров и данных, с передачей их по оптическому или радио- и гидроакустическому каналам по мере накопления или по выявлению заданного события, формирование единого информационного пространства, обеспечение обмена данными с погруженными объектами, ретрансляции информации через каналы спутниковой связи, БПЛА и надводные МРО определяет востребованность рассматриваемых типов МРО для решения оперативно-тактических задач ВМФ.
Поэтому на сегодня МРО рассматриваются военными специалистами в качестве одного из перспективных средств повышения боевой эффективности военно-морских сил.
Помимо применения в военной сфере можно констатировать использование МРО для широкого круга научных, исследовательских и прикладных задач, связанных с освоением и мониторингом Мирового океана, поддержкой решения экологических задач, задач прогнозирования климата, контроля биоресурсной базы, разработкой подводных месторождений полезных ископаемых, сейсморазведкой, использованием в качестве средств контроля и оповещения в чрезвычайтных ситуациях, обеспечением комплексной безопасности объектов морского нефте-газового комплекса.
Перечисленные направления использования говорят о том, что МРО - это современная технология, обеспечивающая независимость политического и экономического положения в мире за счет повышения оперативности и экономической эффективности проводимых работ.
В последнее время наблюдается повышенный интерес к разработкам МРО двух основных типов: подводным глайдерам и волновым глайдерам.
Подводные глайдеры, использующие для своего поступательного движения принцип изменения остаточной плавучести, обеспечивающий их перемещение по наклоной траектории в режимах погружения-всплытия, обладают набором неоспаримых преимуществ - сверхбольшой автономностью, сверхбольшой дальностью хода, "удобными" при эксплуатации массогабаритными характеристиками, сверхмалой шумностью, относительно низкой стоимостью производства и эксплуатации.
Подводные глайдеры являются эволюционным развитием дрейфующих буев, при этом они наделены новыми качествами: мобильностью – способностью "покрывать" значительные по площадям акватории; эффективным использованием в составе роботизированных комплексов различного назначения; эффективными процедурами сбора информации и ее передачи в центр обработки в масштабе времени близком к реальному; оперативной корректировкой программного задания миссии, определяемой возможностями современных телекоммуникационных технологий и количеством одновременно используемых глайдеров, объединенных в группу ("стаю") той или иной задачей.
Глубины погружения современных подводных глайдеров практически неограничены (до 6000 м), что говорит о возможности использования их для различных прикладных задач – исследования донных районов океана, континентальных шельфов, прибрежных акваторий и мелководных зон.
Волновые глайдеры – приповерхностные МРО - используют иной принцип перемещения, основанный на использовании возобновляемой энергии волн. Ввиду того, что интенсивность волнового движения является наибольшей у свободной поверхности и достаточно быстро убывает с увеличением глубины, то этот факт позволяет создать двухкомпонентный аппарат, состоящий из надводного модуля ("поплавка") и подводного модуля (системы колеблющихся крыльев), соединенных между собой гибкой или жесткой связью.
Движение волнового глайдера обеспечивается за счет реализации силы тяги, образующейся на колеблющихся крыльях в результате вертикальных колебаний, вызванных волновым движением "поплавка", и свободных вращательных колебаний относительно оси закрепления крыльев на подводном модуле. При этом главное отличие волнового глайдера от свободно дрейфующих буев состоит в том, что глайдер не дрейфует, а перемещается по заданной программе миссии и независимо от направления движения волн.
Функциональность указанных типов МРО может быть расширена за счет реализации различных алгоритмов их группового ("стайного") использования. Эффективность решения задач возрастает при использовании "группировок" МРО в комплексе с объектами-носителями: кораблями, подводными лодками и аппаратами. Это означает, что если каждый роботизированный объект способен выполнять относительно простые операции, то в комплексе с другими аппаратами – могут решаться весьма сложные задачи.
В следствие актуальности и практической значимости данного направления, в период 2011 – 2015 гг в рамках цикла НИОКР в СПбГМТУ проводились интенсивные работы по исследованию, проектированию и разработке опытных образцов: глайдера торпедной формы, глайдера типа "летающее крыло" и волнового глайдера.
В результате выполненных инициативных научно-исследовательских проработок в 2012 году СПбГМТУ совместно с САМГТУ, OOO "Палс" и ЗАО "НПП ПТ "Океанос" был разработан первый отечественный подводный глайдер торпедной формы.
|
|
| Опытный образец отечественного подводного глайдера торпедной формы второго поколения / "Океанос НПО", ЗАО |
Проведенные натурные испытания полноразмерного опытного образца показали положительные результаты.
Дальнейшие исследования были направлены на улучшение гидродинамических качеств аппарата, его управляемости, энергоэкономичности, совершенствование системы автоматического управления, а также на проработку возможностей применения различных перспективных технологий и конструктивных решений.
В процессе разработки подводного глайдера второго поколения большое внимание уделялось отработке характеристик объекта с использованием методов математического и имитационного моделирования, экспериментальных методов, параметрического анализа, а также проработке и моделированию функционирования отдельных устройств и механизмов, обеспечивающих достижение требуемых проектных параметров. В обеспечение экспериментальных методов были задействованы аэродинамическая труба СПбГМТУ, опытные бассейны СПбГМТУ и ЗАО "НПП ПТ "Океанос".
В рамках комплексной НИР проводились исследования по оптимизация внешнего облика подводного глайдера, проработке модульной архитектуры аппарата, отработке конструкции, осуществлялась разработка отдельных "критических технологических решений" - механизма изменения плавучести, эффективной системы управления дифферентом и креном, энергетического модуля повышенной эффективности, изучалась динамика глайдера для различных режимов функционирования, прорабатывалась система автоматического управления движением аппарата, обеспечивающая выполнение важных (с точки зрения построения подводной информационно-измерительной системы) миссий. В результате выполненных исследований СПбГМТУ совместно ЗАО НПП ПТ "Океанос" и ФТИ имени А.Ф. Йоффе разработали опытный образец подводного глайдера второго поколения.
Параллельно с работами по созданию подводного глайдера осуществлялись научно-исследовательские работы, связанные с проектированием волнового глайдера. Опытный образец которого был успешно испытан на полигоне Сам ГТУ в 2013 г.
|
|
| Подводный модуль опытного образца отечественного волнового глайдера СамГТУ-СПбГМТУ / "Океанос НПО", ЗАО |
В настоящее время проводятся исследования по отработке конструктивных решений для подводного и надводного модулей волнового глайдера, связанные с учетом влияния на гидродинамические характеристики таких параметров как: оптимальная компоновка крыльевых элементов подводного модуля, исследование влияния упругости элементов по вращательным колебаниям, гидродинамическая форма надводного модуля и пр. Намечено проведение систематических испытаний масштабной модели волнового глайдера нового облика в опытовом бассейне СПбГМТУ.
Результаты работ по разработкам подводных и волновых глайдеров, , проводимых под научным управлением СпбГМТУ, дают основание утверждать, что создание высокоэффективных отечественных мобильных элементов подводной глобальной информационно-измерительной системы двойного назначений движется к успешной реализации.
И.В. Кожемякин
Начальник Управления оборонных
исследований и разработок СПбГМТУ
К.В. Рождественский
СПбГМТУ, д.т.н., профессор
В.А. Рыжов
СПбГМТУ, д.т.н., профессор
В.Ю. Занин
коммерческий представитель ЗАО "НПП ПТ "ОКЕАНОС"
