Проєктування системи керування лебідкою автономного підводного апарата з радіобуєм

Abstract

Мета. Проєктування системи керування лебідкою автономного апарата з радіобуєм, що забезпечує керовану зміну довжини кабель-буксиру, працездатність у змінних гідродинамічних умовах, а також придатна для утримання радіобуя на заданій відстані від апарата під час виконання підводних місій. Методика. В рамках дослідження застосовано комплексне моделювання для розробки конструкції електроприводного механізму лебідки кабель-буксиру та поєднання її з бортовими системами апарата, що включає побудову 3D моделей основних вузлів і елементів. Використано методи аналітичних розрахунків для визначення параметрів електро-привода, оцінки навантажень на кабель-буксир та обґрунтування режимів роботи системи. Емпіричний аналіз застосовано для врахування впливу гідродинамічних факторів, особливостей експлуатації у приповерхневих і підводних режимах, а також для формування алгоритмів керування процесами намотування та розмотуван- ня кабель-буксира. Результати. На базі використання комплекту запропонованого обладнання спроєктовано систему керування лебідкою автономного підводного апарата з радіобуєм здатного виконувати в автономному режимі підводні місії тривалістю 2 год при робочих глибинах занурення до 15 м. Функціонування електро-приводного механізму намотування / розмотування лебідки кабель-буксира діаметром 7,6 мм забезпечується застосуванням уніполярного крокового двигуна, який у поєднанні з модулем керування реалізує зменшення дистанції кабель-буксира між автономним підводним апаратом та радіобуєм при обміні інформаційними сигналами з береговим або судновим постом керування, що вигідно вирізняє їх серед інших прив’язних підводних систем. Наукова новизна. У роботі вперше отримано структуру системи керування лебідкою кабель-буксиру автономного підводного апарата з радіобуєм, що базується на використанні крокового електропривода без редукторних передач і зовнішніх сенсорів довжини. Запропоноване рішення забезпечує дискретне позиціонування кабель-буксиру з точністю, що визначається кроком двигуна 1,8 градуси з крутним моментом 4,5 Н·м і дозволяє працювати з кабель-буксиром діаметром 7,6 мм в умовах змінних гідродинамічних навантажень на робочих глибинах до15 м. Набув подальшого розвитку метод керування процесами намотування / розмотування кабель-буксиру за рахунок використання крокового принципу вимірювання довжини, що дозволило виключити застосування додаткових вимірювальних пристроїв при побудові системи керування підводною лебідкою. Практична значимість. Спроєктована система керування лебідкою автономного підводного апарата призначена для керування процесами намотування / розмотування кабель-буксира з радіобуєм, забезпечуючи функціонування комплексу на робочій глибині до 15 м. Запропонована система керування лебідкою забезпечує рівномірне намотування / розмотування кабелю діаметром 7,6 мм та довжиною 25 м із регульованою швидкістю, що визначається параметрами крокового електродвигуна. Система орієнтована на забезпечення надійної роботи при обмежених габаритних розмірах модуля керування 80 × 80 × 25 мм розміщеного у герметичному корпусі та з урахуванням швидкісних режимів, необхідних для узгодженої роботи з рухом підводного апарата до 2 м/с. Застосування спроєктованої системи керування лебідкою автономного підводного апарата з радіобуєм на базі розробленого модуля керування та виконавчого уніполярного крокового двигуна дозволяє оперативно змінювати довжину кабель-буксира та підтримувати стабільний зв’язок між автономним підводним апаратом і радіобуєм через інтерфейс RS-485 та за умови використання Ethernet кабелю. Керування системою реалізується як у автоматичному режимі за алгоритмами мікроконтролера, так і дистанційно через бездротовий канал зв’язку від берегового чи суднового поста керування.