Введение
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХОДОВЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ 8
1.1 Виртуальная продувка 12
1.2 Математическая модель движения АНПА 14
1.3 Опытовый бассейн 19
1.3.1 Глубоководный опытовый бассейн Крыловского
государственного научного центра 20
1.3.2 Маневренно-мореходный бассейн Крыловского
государственного научного центра 22
1.3.3 Опытовый бассейн Центрального аэрогидродинамического
института имени профессора Н. Е. Жуковского 23
1.3.4 Центр по проектированию, изготовлению и испытаниям
необитаемых подводных аппаратов г. Владивосток 25
1.3.5 Гравитационная буксировочная система Дальневосточного
опытового бассейна КнАГТУ 27
1.4 Аэродинамическая труба 30
1.4.1 Ландшафтная аэродинамическая труба Крыловского
государственного научного центра 31
1.4.2 Большая аэродинамическая труба Крыловского
государственного научного центра 33
1.4.3 Аэродинамическая труба Т-5 Центрального
аэрогидродинамического института имени профессора Н. Е. Жуковского 35
Вывод 36
2 РАЗРАБОТКА ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОГО СТЕНДА 37
2.1 Требования по назначению и функциональная схема стенда 37
2.2 Модель использования стенда 39
2.3 Обоснование выбора измерительного оборудования стенда 42
2.3.1 Силоизмерительные датчики 42
2.3.2 Датчики скорости буксировки 43
2.3.3 Датчики электрических параметров стенда 45
2.4 Выбор программно-аппаратных средств обработки и накопления
данных 51
2.4.1 Выбор тензометрического усилителя 52
2.4.2 Выбор многоканального аналого-цифрового преобразователя 54
2.5 Обоснование выбора электропривода стенда 56
2.5.1 Моделирование разгона и торможения ПА 57
2.5.2 Расчет параметров буксировочной лебедки 62
2.5.3 Выбор электродвигателя буксировочной лебедки 62
2.6 Разработка конструктивного облика стенда 64
Вывод 65
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОГО СТЕНДА 66
3.1 Испытания электродвигателя на нагрузочном стенде Magtrol
3.2 Разработка математической модели стенда 69
3.3 Моделирование работы стенда в режиме определения лобового
сопротивления ПА 70
Вывод 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
Освоение Мирового океана - одна из важнейших и приоритетных задач Российской Федерации. Об этом говорится в концепции федеральной целевой программы «Мировой океан» на 2016-2031 годы, утверждённой распоряжением от 22 июня 2015 года №1143-р правительства Российской Федерации. Цель Программы - активизация использования ресурсного и пространственного потенциала морей России и обеспечение присутствия России в ключевых районах Мирового океана и Антарктике, а также реализация стратегических задач по научному и информационному обеспечению развития морской деятельности.
Программа включает следующие подпрограммы:
- комплексные исследования Антарктики;
- экспедиционные исследования в Мировом океане;
- прикладные исследования природы Мирового океана;
- совершенствование информационного обеспечения морской деятельности [21].
Большую роль в развитии данной программы играют автономные измерительные платформы, основу которых составляют робототехнические системы, способные функционировать в сложной подводной среде. Основные виды задач, которые способны выполнять автономные необитаемые подводные аппараты:
- обзорно-поисковые работы, включая поиск и обследование затонувших объектов, инспекцию подводных сооружений и коммуникаций;
- развертывание широкомасштабных долговременных систем наблюдения и мониторинга морских акваторий, рельефа дна, геологических образований, биологических объектов и гидрофизических полей;
- геологическую разведку, включая топографическую, фототелевизионную съемку морского дна, акустическое профилирование и картографирование рельефа;
- патрулирование морских акваторий, освещение подводной обстановки и другие задачи по охране подводных территорий [23].
Разработкой и конструированием подводных робототехнических комплексов занимается Институт проблем морских технологий ДВО РАН. С момента основания в 1988 году в Институте разработаны десятки образцов необитаемых подводных аппаратов как автономного, так и привязного типа. [11, 12, 24, 25]. Решающее значение при разработке системы управления движением подводного аппарата имеет математическая модель динамики, параметры кото-рой имеют нелинейный характер и широкий диапазон изменения в зависимости от параметров движения и не поддаются однозначному аналитическому описанию.
Целью данной работы является разработка и исследование программно-аппаратного комплекса определения гидродинамических и тяговых характеристик подводных аппаратов в условиях мелководного полигона.
В ходе данной работы был проведен глубокий анализ существующих методов измерения гидродинамических характеристик подводных аппаратов. Эффективными являются следующие методы:
- математическое моделирование движения АНПА;
- виртуальная продувка моделей;
- испытания АНПА в опытовых бассейнах;
- испытания АНПА в аэродинамических трубах.
Анализ данных методов выявил их недостатки: математическое моделирование движения АНПА и виртуальная продувка моделей не дают полный спектр необходимых гидродинамических характеристик, а транспортировка НПА для испытаний в существующие лабораторные комплексы неприемлема для сотрудников ИПМТ, ввиду затрачиваемого времени, стоимости логистики и услуг испытательных центров.
Решением данной проблемы послужила разработка тензометрического стенда, который может быть установлен на морском причале доступного мелководного полигона бухты Патрокл.
Исходя из требований по назначению и функциональной схемы стенда была спроектирована модель и определен состав оборудования:
- измерительное оборудование;
- программно-аппаратных средств обработки и накопления данных;
- электрический привод.
На основании расчетов и анализа современного рынка электрического оборудования был произведен подбор соответствующего оборудования. В качестве измерительного оборудования были выбраны следующие компоненты:
- тензометрический датчик Тензо-М Т2-С3;
- магнитный энкодер AS5048;
- датчик тока на эффекте Холла ACS712ELCTR-30A-T;
В качестве программно-аппаратных средств обработки и накопления данных были выбраны следующие компоненты:
- программное обеспечение ZETLab;
- предварительный усилитель ZET 411;
- многоканальный аналого-цифровой преобразователь ZET 210.
В качестве электропривода был выбран электродвигатель ДПУ87-75-1-23.
Выбранный электродвигатель ДПУ87-75-1-23 был подвергнут испытаниям на нагрузочном стенде Magtrol. В результате испытаний были получены характеристики, позволяющие построить адекватную модель тензометрического стенда. Данная модель была реализована в программном обеспечении Matlab, с помощью которой был проведен ряд вычислительных экспериментов, которые позволили составить зависимости скорости буксировки разнообразных НПА разработки ИПМТ от напряжения управления электродвигателя лебедки.
