Підповерхневий дрейфуючий буй

ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКЗ f* ft СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН (51)4 В 63 В 22/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К (21) 3725249/27-11 (22) 10.04.84 (71) Морской гидрофизический институт АН УССР (72) С.В.Мотыжев и И.А.Тешин (53) 627.913 (088.8) (56) Патент США № 3818523, кл. 9/8, 1974. (54)(57) 1. ПОДПОВЕРХНОСТНЫЙ ДРЕЙФУЮЩИЙ БУЙ, содержащий корпус с балластом и горизонтальными крыльями,внутри которого расположена аппаратура, а также блок управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучше ния эксплуатационных свойств за счет повышения точности измерений и обеспечения автономности работы, он снабжен поплавком с аппаратурой, жесткой штангой, имеющей неподвижный вертикальный стабилизатор и соединяющей корпус с балластом, а также горизонтальную ось, на которой установлены с возможностью поворота крылья, при птом поплавок связан с корпусом посредством кабель-троса, а крылья снабжены приводом поворота, включающим силовое гидростатическое устройство со штоком, кинематически связанным с крыльями и силовым механизмом. о ИїФ 1228386 2, Буй по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что силовой механизм включает соленоид с подпружиненным полым сердечником, установленным на штоке с возможностью перемещения вдоль него, при этом сердечник имеет наружную кольцевую проточку и внутренний кольцевой выступ для взаимодействия со штоком, который выполнен из немагнитного материала, а также запирающее устройство в виде подпружиненного стержня с приводом, взаимодействующее с наружной кольцевой проточкой полого сердечника, 3, Буй по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что силовое гидроста тическое устройство включает силовой цилиндр, штоковая полость которого сообщена с окружающей средой, а поршневая - с расширительной емкостью, которая связана с баллоном сжатого воздуха посредством капилляра через впускной клапан, при этом расширительная емкость снабжена дренажным , клапаном и датчиком давления, при этом последние, а также указанный впускной клапан соединены с блоком управления. Изобретение относится к техническим средствам исследований морей и океанов, а именно - к дрейфующим океанографическим буям. Целью настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных свойств за счет повышения точности измерений и обеспечение автономности работы. На фиг,1 схематически изображенподповерхностный дрейфующий буй и действующие на него силы, общий вид; на фиг.2 - пример выполнения силового привода с фиксатором; на фиг.З и 4 - схема автоматического управления горизонтальными крыльями в режиме удержания объекта на заданной глубине; на фиг.5 - экспериментальная зависимость коэффициента подъемной силы от угла атаки для горизонтальных крыльев с симметричным профилем. Устройство содержит поплавок 1 с аппаратурой, связанный кабель-тросом 2 с корпусом 3, к которому присоединена жесткая штанга k с вертикальным стабилизатором 5 и горизонтальными крыльями 6, соединенными тягой 7 с силовым приводом 8 и-гидростатом 9 с капилляром 10, к тяге 7 присоединен в ее нижнем конце балласт 11. Поплавок 1, обладающий запасом положительной плавучести, представляет собой герметичную емкость с размешенной внутри аппаратурой, Часть буя, прикрепленная к нижнему концу кабельтроса 2, имеет отрицательную плаву честь за счет балласта 11. В целом весь буй обладает начальной положи- тельной плавучестью КН(ДЦ . Корпус 3 представляет герметичную емкость с измерительной аппаратурой, блоком управления и устройством, задающем во внутренней полости гидростата 9 необходимое избыточное давление.Жесткая штанга 4, соединяющая корпус 3 с балластом 11, может быть отрезком трубы. Поскольку корпус 3 имеет положительную плавучесть, а балласт 11 отрицательную, штанга 4 ориентирована вертикально. Стабилизатор 5 устанавливает продольную ось горизонтальный крыльев 6 по нормали к обтекающему потоку. Крылья 6 присоединены к штанге А посредством шарнира с возможностью вращения вокруг продольной оси, что позволяет обеспечить крыльям 6 положительный или отрицательный угол атаки. Управление вращением крыльев 6 производится с помощью тяги 7, соединенной с подвижным элементом гидростата 9. В качестве гидростата 9 может использоваться поршневая, сильфонная, мембранная конструкция. Капилляр 10, соединяющий внутреннюю полость гидростата 9 с устройством, задающим в ней избыточное давление,входит внутрь приборного контейнера 3 через гермоввод, Силовой привод 8 (фиг.2) включает тягу 7, выполненную из немагнитного материала с переменным сечением, полый сердечник 12, катушку 13 перво 5 'О '5 20 25 30 35 • 1228386 го соленоида, пружину 14, сердечник 15, направляющие 16, катушку 17 второго соленоида, пружину 18. Для обеспечения работоспособности привода 8 сердечник 12 и сердечник 15 должны быть выполнены из ферромагнитного материала, а тяга 7 - из диамагнитного материала. Устройство,задающее избыточное давление во внутренней полости гидростата, J0 содержит баллон 19,соединенный с клапаном 20, емкостью 2\ и гидростатом 9 капиллярами 10. Баллон содержит в себе запас сжатого воздуха.Распылительная емкость снабжена дренажным клапа15 ном 22 и датчиком 23 давления ,при этом . последние соединены с блоком управления (на фигурах не показан). Буй работает в следующих режимах: погружение; 20 отслеживание заданной изобары; всплытие на поверхность; переход с одной изобары на другую. При постановке буя его элементы 25 примут однозначную вертикальную ориентацию, поскольку положительная плавучесть сосредоточена на верхнем, а отрицательная - на нижнем концах несущего кабель-троса 2, Гидростат 9 30 будет находиться выше заданной изобары Ро (фиг.З ) при окружающем давлении Р. - Г_ . Поршень гидростата 9 І * со стороны этих течений. Под воздействием течения V ObI H возникает направленная вниз вертикальная реакция RTOn, приложенная к горизонтальным крыльям 6, которые ориентированы в потоке обтекающего течения стабилизатором 5,Под действием силы /RTort i>lRHOf1 \ буй начнет погружаться. По мере погружения увеличивается давление столба воды на внешнюю сторону поршня гидростата 9. При достижении гидростатом 9 глубины Н^ внешнее давление станет равным заданному давлению Р о и поршень гидростата 9 придет в состояние беразличного равновесия. В режиме отслеживания заданной изобары буй удерживается на заданной глубине перекладкой горизонтальных крыльев 6 с отрицательного угла атаки на положительный и наоборот. При превышении заданной глубины (фиг.4) под действием избыточного внешнего давления: Р 2 >Р 0 поршень гидростата 9 переместится вниз, изменив посредством тяги 7 угол атаки крыльев 6 на положительный, что приведет к_^возникновению вертикальной реакции RnOi , направленной вверх. Необходимо учесть, что при перемещении поршня гидростата 9 вниз происходит уменьшение водоизменяющего объема гидростата 9 на величину iV 0 ( на фиг.4 заштриховано) и появлению дополнительной стоя= шрй гипы R_ (Рл. — Р } . p.bV под действием перепада давлении Ро - Р. = йР, будет находиться в верх" ' ЩСМ UMJ1DJ 1Л.(-^др \ І 0Д Г зд / & " Vф• ней точке. Соединенная с поршнем тя- 3 5 Для сохранения условий непотопляемосга 7, сообщит горизонтальным крыльям 6 ти буя в случае исчезновения градиенотрицательный угол атаки о(А , поверта течений должно выполняться услонув их вдоль продольной оси. Возможны вие /RhoJ* І^идр/' И т а к » в Р е ж и м е два варианта: имеется градиент течеотслеживания заданной изобары должны ний по вертикали или отсутствует. В 40 выполняться следующие условия. Еспоследнем случае буй остается в неполи гидростат 9 находится выше глутопляемом состоянии из-за начальной бины Н о , то буй тонет под действием положительной плавучести RH Q 4 . При силы /R t o n /> / R h a 4 /. Если гидростат 9 наличии градиента верхняя и нижняя находится ниже глубины Н о , то буй части буя будут находиться в различвсплывает под действием совокупности 45 ных условиях. Нижняя часть буя будет сил /К П 0 А + К*иа^п,а^іричем неспособна перемещаться со скоростью соблюсти условие /Кц а Ч />/ течения на горизонте, поскольку она Таким образом, в режиме отслежисоединена с верхней частью, которая вания изобары нижняя часть буя, а вынуждена перемещаться в течении с 50 соответственно и весь буй, совершают другими характеристиками. Это привепериодические колебания около задандет к появлению составляющих течений, ной изобары. Размах колебаний зависит обтекающих как нижнюю часть буя V , от инерционности буя, связанной с его массой, и эффективного значения сил так и верхнюю - Vоът . В установившемся режиме перемещения буя (без 55 /Rпод/ (/К-гоп/Ь Снижение размаха колебаний можно достигнуть, например, учета сопротивления несущего троса) введением дополнительных неподвижных существует равенство сил R B = R H ,пригоризонтальных крыльев, которые увеложенных к верхней и нижней частям В о 1228336 чается, Горизонтальные крылья 6 под личивают гидродинамическое сопротивление в вертикальном направлении. действием тяги 7 приобретут отрицаВсплытие буя производится с помотельный угол атаки, и буй начнет ращью силового привода 8 (фиг.2). В ботать в режиме погружения. 5 режиме отслеживания заданной изобары В режиме смены изобар при необхополый сердечник 12 поднят пружиной 14 димости увеличения глубины дрейфа в крайнее верхнее положение. Тяга 7 по команде из блока управления от(изображена на фиг.2 в крайнем нижнем положении) имеет возможность сво- Ю крывается клапан 20 впуска, и воздух из баллона 19 перетекает в емкость 21, бодного возвратно-поступательного увеличивая величину давления Р до движения. Ход тяги аЕ. ограничиваетнеобходимого значения. Поскольку внешся ходом поршня в гидростате 9. По шее давление меньше P Q , то буй пекоманде на всплытие подается питание U( из блока управления на катушку 13 15 рейдет в режим погружения, который первого соленоида. Ферромагнитный будет продолжаться вплоть до достисердечник 12 втягивается в катушку 13, жения гидростатом 9 нового значения сжимая пружину 14, При этом, незавиглубины Н о , после чего буй перейдет симо от положения тяги 7, сердечв режим отслеживания новой заданной ник 12, упираясь зауженной частью 20 изобары. При необходимости всплытия в уступ тяги 7, увлекает ее в нижнее на более высокую изобару производитположение. Сердечник 15 в момент сопся сброс давления из емкости 21 черотивления со скошенной частью серрез клапан 22 по команде из блока упдечника 12 втягивается в направляюравления. Поскольку команда перехода щих 16, а затем под действием пру25 на более высокую изобару поступает в жины 18 входит в кольцевую наружную режиме отслеживания заданной глубины, проточку. При снятии питания U( с то существует примерное равенство давкатушки 13 соленоида сердечник 12, лений столба воды на глубине Но и на а значит и тяга 7 зафиксируют в нижуровне клапана 22. Сброс давления из нем положении. Крыльям 6 будет обес- Зо емкости 21 возможен в этом случае печен положительный угол атаки незатолько при ее подъеме выше изобарыР о , висимо от глубины нахождения_гидрочто происходит при периодических стата 9. Под действием сил j K.Hql^ колебаниях буя около заданной изоба+ R n o A / буй всплывает. Для обеспечеры. Сброс давления соответствует усния работоспособности устройства при 3 'тановке новой изобары Ро , относительнахождении гидростата на любой глуно которой также будут происходить бине от 0 до Н с , магнитная сила каколебания буя. Если клапан 22 протушки 13 должна быть способна преододолжает оставаться открытым, то пролеть давление Ро . По команде на поисходит дальнейший сброс давления и гружение подается питание U 2 на ка4Q так вплоть до поднятия буя до необтушку 17, Сердечник 15, втягиваясь, , ходимой глубины. С помощью клапана 22 освобождает сердечник 12, и тот под может быть произведен аварийный воздействием пружины 14 переходит в подъем буя в случае отказа силового верхнее положение. Питание U 2 отклюпривода 8. 1228J86 Фиьі ч и 1228386 Угол атаки крыла Фиг. 5 Редактор Т.Иванова Составитель М.Айриев Техред Н.Бонкало Корректор С.Черни Заказ 361/ДСП Тираж 285 • Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. kjb Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4