Підводний планер

Подводный планер, содержащий корпус аппарата и крылья, отличающийся тем, что последние имеют в своем теле бобины с гибким пленоч 28282 в форме крыла, изготовленного из легкого каркаса, обтянутого прорезиненной материей. Наиболее близким по технической сущности к изобретению "Подводный планер" является конструкция, представленная в авторском свидетельстве СССР "Описание летательного аппарата с выдвижными несущими поверхностями" (№ 25049, МКИ В64С39/00, автор Юсичев Д.И., опубл. 31.01.1932), где каркас несущих поверхностей выполнен в виде двух рядов шарнирных звеньев, могущих поворачиваться вокруг своих осей в одном направлении. Крылья аэроплана образуются из двух цепей, наматываемых на барабаны и имеющих между звеньями прокладки, дающие возможность изгибаться только в одну сторону. При раскрытии крыльев (разматывании цепей) и включении мотора аэроплан поднимается в воздух. При необходимости опуститься под воду крылья сматываются, и все люки, кроме одного, закрываются. Вода входит в открытый люк и в уравнительные баки, служащие для уравновешивающего положения аппарата под водой. Происходит автоматическая замена пропеллера на винт, и при включении мотора аппарат перемещается под водой. Подъем осуществляется следующем образом: в нижний бак впускается сжатый воздух, и вода вытесняется из люка, после чего лодка поднимается на поверхность воды. Недостатками этой разработки являются невысокие мореходные качества, определяемые тем, что основное назначение конструкции состоит в ее летательных способностях. Наличие дополнительных узлов снижает надежность аппарата, а зависимость от постоянного источника энергоснабжения не позволяет выполнять длительные подобные операции. Задачей настоящего изобретения "Подводный планер" является улучшение мореходных качеств подводного управляемого аппарата, обеспечение автономности его работы. Поставленная задача реализуется за счет того, что подводный планер, содержащий корпус аппарата и крылья, имеет в своем теле бобины с гибким пленочным материалом, представляющим собой дополнительные поверхности крыльев, закрепленных на общем фигурном рычаге, проходящем через прореви, расположенные с боковых поверхностей корпуса планера перпендикулярно его продольной оси и имеющем пальцы, входящие в отверстия направляющих и соединенные с бобышками, которые жестко закреплены на одной нитке симметрично расположенных тросов, установленных на шкивах, один из которых соединен с осью электродвигателя вращательного движения. Сущность изобретения "Подводный планер" подтверждается фиг. 1-3, где на фиг. 1 показан общий вид конфигурации (вид сбоку), на фиг. 2 - подводный планер со втянутыми дополнительными поверхностями крыла (вид сверху), а на фиг. 3 подводный планер с выдвинутыми дополнительными поверхностями крыла (вид сверху). Подводный планер содержит корпус 1 с основными жесткими крыльями 2, в телах которых расположены бобины 3 с гибкими пленочными материалами, выполняющими роль дополнительных поверхностей 4 крыльев, закрепленных другой стороной на общем для обеих крыльев фигурном рычаге 5, проходящем через отверстие в корпусе аппарата перпендикулярно его продольной оси, с бобышками 6 и пальцами 7, входящими в отверстия направляющих 8 и жестко закрепленных на одной нитке тросов 9, установленных на шкивах 10, один из которых через ось 11 получает вращательное движение от электродвигателя 12. Шкивы с тросами расположены с бобышками, пальцами и направляющими с обеих боковых поверхностей подводного планера, имеющего отверстия для выхода фигурного рычага. Принцип действия конструкции "Подводный планер" основан на следующих положениях. В результате увеличения веса вышележащей жидкости давление увеличивается пропорционально глубине. Изменение давления Dр на единицу изменения глубины Dh определяется гидростатическим уравнением: Dр=-grDh, где g - ускорение силы тяжести, а r - плотность жидкой среды. Для океана плотность 99% объема лежит в пределах ±2% ее среднего значения, а изменения g еще меньше. График зависимости р=f(h) линеен. Для g=9,8 м/с, r=1,03×103 кг/м3, h=10 м, р=105 Н/м2 (Harvey John G. Atmosphere arid ocean. Our Fluid Envirornents. Great Britain, Wisbech, CambridgeShire. The Artemus Press Ltd, 1976). Плотность пресной воды возрастает с повышением температуры от 0°С до 4°С, достигая при этом температуры максимальной плотности. В интервале от 4°С до точки кипения плотность воды уменьшается. Вязкость уменьшается с увеличением температуры, но при низких температурах она уменьшается с увеличением давления. Оптимальность морской среды является функцией температуры и солености. Также как и воздействием давления на плотность этими факторами пренебрегают ввиду их незначительного влияния на плотность воды. Сформировавшаяся водная масса при движении из очага, формирования подвергается на своем пути трансформации под воздействием атмосферы и в результате перемешивания с другой водной массой, из-за чего ее первоначальные свойства изменяются. Например, водная масса Балтийского моря обладает низкой соленостью, что вызвано значительным превышением речного стока и количеством осадков над испарением. При нагревании она обладает низкой плотностью и, перетекая через проливы между Швецией и Данией, перемешивается с океаническими водными массами. До перемешивания ее соленость составляла 8%, а после - 20%. Концепция водных масс играет большую роль при описании процессов циркуляции в океанах. Однако для определения скоростное которой водные массы перемещаются, необходимо иметь такие данные, как скорость перемешивания и скорость неконсервативных свойств, определяемых химическими и биологическими процессами в океане. В настоящее время такие данные получать не удается. Поэтому для этой цели предполагается использование подводных управляемых аппаратов, движущихся за счет перемещения различных слоев водных масс. 2 28282 Согласно принципу Рогалло, летательные аппараты могут быть сконструированы из прямых балок и материи, натянутой на них (Ордози М. Дельтапланеризм. М., Машиностроение, 1984,168 с.). В конструкции "Подводный планер" также используется гибкое дополнительное крыло 4. Для его изготовления можно применять синтетические материалы типа дакрон, терилен, бейнбридж (dakron, terilen, bainbridge) и другие. В качестве троса 9 можно использовать трос диаметром 2,5 мм с разрывным усилием 4000 Н. При включении электродвигателя 12 из начального положения, показанного на фиг. 2, гибкое дополнительно крыло 4 полностью разворачивается до положения, порезанного на фиг. 3. Вращательное движение от электродвигателя 12 через ось 11 передается шкиву 10, который перемещает трос 9 и бобышку 6, играющую роль ползуна, с ее пальцами 7, двигающимися в пазах направляющей 8. Вместе с ней через отверстие в корпусе подводного планера перемещается рычаг 5, в прорезь которого проходит и фиксируется дополнительная поверхность 4 крыла 2. В зависимости от количества оборотов, выполненных электродвигателем 12, изменится длина пути, пройденного рычагом 5 и, в результате этого площадь несущей поверхности гибкого крыла 4. При наличии информации о скоростных характеристиках водной среды определяется оптимальная площадь дополнительной поверхности крыла. При отклонении электродвигателя 12 фигурный рычаг 5 фиксируется на заданном положении. Натяжение гибкого материала дополнительной поверхности крыла определяется с помощью пружины (на фиг. 1 не показана), закрепленной на оси бобины 3. Применение конструкции "Подводный планер" позволит расширить диапазон океанографических исследований, увеличить количество и достоверность океанографической, гидрометеорологической и гидрологической информации. Его конструктивное решение позволяет выполнять задание автономно на большой территории в течение продолжительного промежутка времени, определяемого только параметрами задания и прочностными характеристиками составных элементов. Подъем и маневрирование по траектории осуществляется подводным планером за счет использования сжатого воздуха, а также изменением угла атаки основных гибких крыльев. Течения в различных водоемах описываются приближенно, если наложить условие на начальную величину циркуляции, которое проверяется, решив полные уравнения для мелкой воды. Это течение описывается линеаризованными уравнениями, получающимися при отбрасывании инерционных слагаемых в уравнениях моментов (Бреббия К. и др. Методы граничных элементов. М., Мир, 1987, 524 с.: Connor, J.J., and Brebbia, С.A. Finite Element Technigues for Fluid Flow, Newnes Butterworths, London, 1976): -hrfq2+rgH (dh/dx1)+t1-t1B=0 hrfq1+rgH (dh/dx2)+t2S-t2B=0 и условием неразрывности трения: dq1/dx1+dq2/dx2=0 где f - параметр Кориолиса, q1 и q2 - проинтегрированные по вертикали компоненты скорости в направлении осей соответственно x1 и x2; r - плотность; g - ускорение силы тяжести; Н=h+h - полная глубина воды; h - глубина относительно среднего уровня воды; h - высота подъема свободной поверхности воды; tS - касательные напряжения, создаваемые ветром; tB - касательные напряжения, возникающие за счет трения о дно водоема. Исследования полностью погруженного в воду цилиндра, в результате которых определялись горизонтальные и вертикальные силы, действующие на цилиндр в зависимости от его радиуса и глубины до оси цилиндра представлены в работах: Naftrger R.A. arid Chakabart S.K. Scattering of waves by two-dimensional circular obstacles in finite water depths, J. Ship Res. 23, 32-42 (1979); Ogilfie Т.F. First and second-order forces on a cylinder submerged undeer a free surface, J. Fluid Mech., 16, 451-472 (1963). Примеры расчета аэродинамических характеристик планера даны в кн. Антонов O.K. Планеры. Самолеты. К., Наукова думка, 1990, 504 с., а дельтапланов - в кн.: Ордоди М. Дельтапланеризм. М., Машиностроение, 1984, 168 с. Источники информации 1. Антонов O.K. Планеры. Самолеты. К., Наукова думка, 1990, 504с. 2. Цихош А. Сверхзвуковые самолеты. М., Мир, 1983, 432 с. 3. Бреббия К. и др. Методы граничных элементов. М., Мир, 1987, 524 с. 4. Connor J.J. and Brebbia С.A. Finite element Techniques for Fluid Flow, Newnes Butter-worths, London, 1976. 5. Carrier, Rick. The complete Book of Sky Sailing. New York, Mс Graw-Hill Book Company, 1974. 6. Авторское свидетельство СССР № 25764 "Описание летательного аппарата с выдвижными несущими поверхностями", МКИ В64С39/00, опубл. 31.01.1932 г., автор Юсичев А.И. 3 Фиг. 2 Фиг. 1 Фиг. 3 28282 4 28282 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5