Подводная лодка робот своими руками

Содержание
  1. Arduino.ru
  2. Подводный телеуправляемый аппарат
  3. Подводная лодка робот своими руками
  4. Подводная лодка
  5. Читайте также
  6. Подводная прокладка кабелей
  7. Малая скоростная автоматизированная подводная лодка-истребитель проекта 705 (705К)
  8. ПОДВОДНАЯ ЛОДКА ПРОЕКТА 877
  9. Подводная опасность
  10. Глава седьмая Подводная защита
  11. Подводная «броня»
  12. Подводная прокладка кабелей
  13. Летающая лодка МДР-6-2М-25Е
  14. Дела подводные — для роботов
  15. Intro
  16. Как человек покорял глубины
  17. Ныряние на задержке дыхания
  18. Использование достижений науки и техники для работы на глубине
  19. Водолазная машина Лесбриджа
  20. Тяжёлый водолазный костюм
  21. Аппарат Генри Флюсса
  22. Акваланг
  23. COMEX
  24. Жёсткие водолазные скафандры
  25. Водолазный костюм братьев Кармагноль
  26. Костюмы «Нойфельд и Кунке»
  27. 1-Man Sub
  28. Jum suit
  29. Newtsuit
  30. Exosuit
  31. Atmospheric Diving System (ADS 2000)
  32. А что же подводные лодки?
  33. Батискафы
  34. FNRS-2 и FNRS-3
  35. Trieste
  36. Archimède
  37. Shinkai
  38. Поиск-6
  39. Мир-1 и Мир-2
  40. Цзяолун
  41. Deepsea Challenger
  42. Использование возможностей океана.
  43. Строительство и ремонт линейных сооружений
  44. Добыча железомарганцевых конкреций
  45. Интерес
  46. MATE International ROV Competition
  47. ROBOSUB
  48. Singapure AUV Challenge
  49. Student Autonomous Underwater Challenge-Europe
  50. MATE ROV Competition Vladivostok
  51. ВРО Водные ИРС
  52. Олимпиада НТИ водный профиль
  53. Первые всероссийские соревнования по подводной робототехнике Владивосток 2018 (Аквароботех 2018)
  54. Первый конкурс по подводной робототехнике для учеников 1-4 классов
  55. Предложение

Arduino.ru

Подводный телеуправляемый аппарат

Хочу поделиться со всем Arduino сообществом, а также вынести на обозрение проект: «Подводный телеуправляемый робот». В настоящий момент проект не завершен и я планирую выкладывать для всех интересующих небольшие обзоры текущих работ, обозначать вопросы, которые приходится решать на том или ином этапе.

Итак немного предыстории: Лепить очередную машинку на радио-управлении очень не хотелось, руки чесались и мозг требовал чем-то заняться. Была мысль собрать из квадрокоптер, но почему-то казалось, что возникнут какие-то непреодолимые трудности.

И как раз в это время, общаясь с товарищем, выясняется, что в его дайвинг-клубе зачастую возникает задача подводных видео-съемок (как любительских, так и профессиональных). До какого-то момента они решали эту задачу в лоб: дайвер с камерой погружался под воду и снимал. Но не всегда именно эта схема была удобна. К примеру при профессиональной съемке нет прямого контакта между операторов и режиссером и требовалось просто огромное количество дублей, чтобы профессиональный водолаз отснял что-то, что понравится профессиональному киношнику. Сложности возникали и зимой, когда в силу температурных показателей особо не по лазаешь в воду. И вот у них родилась идея собрать некоего робота, который бы управлялся оператором с берега и передавал некую картинку на поверхность.

Прототип робота был собран и даже заработал. Управлялся он простыми переключателями (включения/отключение мотора), в связи с этим само управление было достаточно примитивным и сложным, а под воду тянулся целый жгут толстых силовых кабелей (все же каждый мотор потреблял до 20А, а учитывая, что длина кабеля составляет 30-50 метров, то и потери в нем существенные).

Поэтому следующим этапом возникла идея модернизировать робота, добавить функционал и сделать плавное управление по цифровому каналу передачи данных. Т.е. началась вырисовываться следующая структурная схема: под водой на роботе установлен контроллер управления (КУ-1), который по витой паре соединяется с контроллером на поверхности (КУ-2). К контроллеру на поверхности подключен джойстик с помощью которого и происходит управление. Программно это должно было выглядеть следующим образом: команды от джойстика поступают на КУ-2, далее собирается пакет данных, который передается на КУ-1. КУ-1 разбирает пакет и передает команды управления на каждый двигатель, включает-выключает прожектор, передает команды управления клешней.

Источник

Подводная лодка робот своими руками

Робототехника подводных устройств развивается по многим направлениям. Большинство подводных роботов создаются для проведения спасательных операций и исследований. В будущем подводные роботы будут помогать осваивать океан для организации рыбной ловли, в фармацевтике, поиске полезных ископаемых и источников энергии.

Подводные роботы могут использоваться также в качестве моделей тестирования роботов, предназначенных для космических исследований. Роботы с нулевой плавучестью являются в определенном смысле невесомыми. В подобных роботах ракетные двигатели моделируются двигателями с гребными винтами. Подводные испытания позволяют имитировать отсутствие трения, наблюдаемое в космическом пространстве. Если вы хотите создать робота, работающего в условиях космоса, то хорошие предварительные результаты можно получить с помощью модели подводного робота. Организация НАСА начала развитие технологий дистанционно управляемых устройств с использованием систем телеслежения (TROV) (см. рис. 13.1) и автономных подводных устройств (AUV). В устройствах TROV в качестве систем дистанционного управления используются системы виртуальной реальности. Технологии телеслежения играют еще более важную роль в исследованиях окружающего пространства и вредном для человека окружении. В будущем технологии телеслежения будут развиваться как в этих направлениях, так и осваивать новые, например индустрию развлечений.

i 220

Рис. 13.1 Аппарат TROV NASA. Фотография НАСА.

Были предприняты интересные исследования принципов плавания и плавательных движений рыб. Общеизвестно, что подводные обитатели могут передвигаться и плыть более эффективно и экономично, чем гребной винт может двигать судно. Хотите легко доказать это самим себе? Вы когда-нибудь постукивали по стеклу аквариума, в котором плавают рыбы? Внезапный шум заставляет рыб метаться по аквариуму настолько быстро, что ваши глаза не способны уследить за их перемещениями. Представьте, что вы можете создать корабль, способный перемещаться с подобной быстротой и внезапностью. Поэтому неудивительно, что правительство США финансирует некоторые из этих исследований.

Насколько эффективнее плывет рыба по сравнению с нашими современными способами передвижения по воде? Давайте проведем краткий анализ. В 1936 году британский зоолог Джеймс Грей исследовал дельфинов. Его целью было подсчитать мощность, развиваемую дельфином, чтобы перемещаться со скоростью 20 узлов – скоростью, которую обычно наблюдают у дельфинов. Модель Грея была очень жесткой в предположении, что сопротивление воды для движущегося дельфина остается одинаковым для жесткой и гибкой моделей. Это оказалось неверным, но даже с учетом необходимой поправки, результаты Грея оказались очень любопытными. Оказалось, что его дельфин оказался в 7 раз слабее, чем это необходимо для достижения скорости в 20 узлов. Используя дедукцию, можно предположить, что дельфин каким-то образом способен в 7 раз уменьшить сопротивление воды. Но до настоящего времени точного ответа нет.

За последние 60 лет никто не смог окончательно подтвердить или опровергнуть вычисления Грея. Любой плавающий механизм, имитирующий движения рыбы, оказывается значительно менее эффективным. В последнее время предпринимаются новые исследования для изучения способа плавания рыб. С использованием новых компьютерных технологий ученые надеются получить ответ на этот давно волнующий вопрос.

В последние несколько лет ученые Массачусетского технологического института исследовали голубого тунца. Они создали модель робота-рыбы длиной 120 см, которая плавает в специальном бассейне для проверки ходовых качеств судов. Робот-рыба похож на настоящую рыбу. Шкура рыбы сделана из специальной пены и покрыта лайкрой. В роботе использованы шесть внешних двигателей, соединенных со шкивами и «сухожилиями» внутри робота. Движение рыбы напоминает плавание настоящего голубого тунца.

Плавание с помощью крыла

Хвост рыбы можно рассматривать как подводное крыло. При движении хвоста из стороны в сторону он отбрасывает поток воды назад и соответственно движет рыбу вперед. Во время движения хвоста в воде за ним образуются вихри. Есть основания полагать, что принцип образования этих вихрей может быть ключом к пониманию эффективности передвижения рыбы.

Дельфины интересны тем, что их хвост – подводное крыло расположен горизонтально. Он не перемещается из стороны в сторону как у рыбы, а совершает движения вверх-вниз. Такие движения в той же степени эффективно толкают тело дельфина вперед.

Пингвины плывут с помощью толчков их крыльев. Вид пингвина, плывущего в воде, сильно напоминает полет птицы. Однако существует разница. При полете птица взмахами крыльев должна поддерживать тело в воздухе, а также обеспечивать движение вперед. Создание подъемной силы необходимо для преодоления силы притяжения. Для пингвинов подъемная сила не нужна. Плотность воды равна плотности тела пингвина (нулевая плавучесть), поэтому пингвин машет крыльями только для продвижения вперед.

Рассматривая способы передвижения в воде, мы должны включить сюда использование лопастей и весел. При движении по воде утки используют перепончатые лапы в качестве лопастей. Водомерки используют ножки в качестве весел и двигаются вперед, как маленькие лодки.

Исследования в МТИ привели исследователей к идее использования жидкостного динамического параметра, известного как индекс Строхала. Для рыбы этот параметр вычисляется умножением частоты взмахов хвоста рыбы на ширину образующегося вихря, деленную на скорость рыбы. Были исследованы рыбы разных пород. Оказалось, что КПД у рыбы максимален, когда индекс Строхала лежит в пределах 0,25-0,35.

Когда плавники робота-рыбы, созданной в МТИ были переделаны и настроены так, что индекс Строхала попал в этот диапазон, КПД устройства возрос более чем до 86 %. Это большое достижение по сравнению с гребными винтами, обеспечивающими КПД не более 40 %.

Приступаем к проекту

B этой главе рассмотрены два основных проекта подводных роботов. Один из них предусматривает переделку игрушечной подводной лодки, а другой – изготовление робота-рыбы из подручных материалов.

Модели игрушечных подводных лодок производятся и продаются многими компаниями. Их возможности зависят от степени сложности модели, но обычно они управляются по радио и способны погружаться и всплывать (см. рис. 13.2).

i 221

Рис. 13.2. Игрушечная подводная лодка готова к переделке в TROV

При переделке игрушечной подводной лодки я советую отказаться от радиоуправления и перейти к управлению по проводам с использованием соответствующего кабеля. По специальному кабелю можно подвести к подводной лодке питание и управляющие сигналы.

Такие подводные лодки для «хобби» могут быть превращены в небольшие системы телеслежения. Первоначальной переделкой может быть установка цветной видеокамеры. Большинство из подобных лодок имеют пустые отсеки, куда можно установить электронную схему (см. рис. 13.3).

i 222

Рис. 13.3. Открытый отсек для размещения электронных компонентов

В подводную лодку можно установить большинство блоков, использованных в автомобиле с дистанционным управлением (см. гл. 9). Единственным отличием является управление по проводам вместо радиоканала.

Подводная лодка является игрушкой, поэтому лучше не запускать ее в открытые водоемы. Крошечные водяные движители в таких лодках могут работать только в спокойной воде. Конечно, создание такой лодки может служить началом для более совершенных конструкций.

Существуют ли какие-либо другие способы использования подобных лодок, кроме использования их в качестве подводных «наблюдателей»? Я могу вообразить себе 10 или более подводных лодок в одном бассейне, причем, каждой управляет отдельный оператор. Я уверен, что на этой базе можно создать множество подводных или «космических» сценариев интересных игр.

Плавание с помощью хвоста

Как уже утверждалось ранее, устройства, имитирующие движения рыб, имеют очень низкий КПД. Эта модель не является исключением. Однако тщательный сбор информации источников типа МТИ может способствовать созданию модели (здесь этого не сделано) с гораздо большим КПД. И если кто-то хочет изготовлять роботов-андроидов, имеющих форму животного, то можно начать именно с этого проекта.

Движение робота-рыбы обеспечивается с помощью кольцевого соленоида (см. рис. 13.4). При включении питания верхняя часть соленоида поворачивается на угол примерно 30°. При отключении питания пружина возвращает механизм в исходное положение.

i 223

Рис. 13.4. Открытый отсек для размещения электронных компонентов

В верхней части соленоида находятся, по крайней мере, два резьбовых отверстия 1,6 мм, которые могут быть использованы для крепления деталей. В нижней части соленоида имеются две стойки с резьбой 1,6 мм для крепления соленоида. Соленоид оказался не таким мощным, как мне бы хотелось, но его все же достаточно для обеспечения подводного продвижения.

Для генерации медленной последовательности импульсов в схеме использован однопереходный транзистор Q1 (UJT2646) (см. рис. 13.5). Частота импульсов определяется номиналами C1 и R1. Импульсы подаются через резистор R2 на базу Q2. Q2 представляет собой NPN транзистор типа 2N2222. Транзистор Q2 используется для подачи инвертированного импульса на вывод 2 ИС 1. ИС 1 представляет собой таймер 555, включенный по схеме одновибратора. Форма и длина импульса определяются ИС 1. Выход таймера 555 управляет включением транзистора Q3. Транзистор Q3 управляет током, протекающим через кольцевой соленоид, использованный в роботе.

i 224

Рис. 13.5. Принципиальная схема устройства

Питание схемы осуществляется с помощью батареи 9 В. Схема достаточно проста и монтируется на печатной плате.

Проверьте работу схемы, соединив ее с соленоидом перед дальнейшей сборкой. Постоянная времени работы соленоида должна быть в районе 1 с.

Для снижения общей массы и веса устройства большинство деталей выполнено из алюминия. Первый вариант механизма, передающего движение соленоида к машущему хвосту «рыбы», изображен на рис. 13.6. Оказалось, что такой механизм сложнее, чем требуется. Окончательный вариант привода хвоста показан на рис. 13.7.

i 225

Рис. 13.6. Первоначальный привод движения хвоста

i 226

Рис. 13.7. Окончательный вариант привода

Полоса алюминия размерами 3х 12х 140 мм прикреплена к верхней крышке соленоида при помощи двух винтов 1,6 мм и длиной 6 мм. Просверлите сперва два отверстия в алюминиевой полосе, совпадающие с положением отверстий в верхней части соленоида. Затем, чтобы предотвратить излишне глубокое вворачивание винтов в соленоид, предварительно наверните на каждый винт гайку до упора. Если винты слишком глубоко ввернуты в верхнюю подвижную часть соленоида, то они будут препятствовать ее легкому вращению. Прикрепите алюминиевую полосу к подвижной части соленоида.

Плавник хвоста сделан из квадратного кусочка алюминия 30 мм, разрезанного по диагонали. Плавники крепятся к основанию 12 мм с помощью достаточного количества термоклея. Для лучшего контакта можно предварительно зачистить поверхности с помощью наждачной бумаги.

Соленоид крепится к задней части алюминиевой пластины размерами 3x30x50 мм на двух задних стойках 1,6 мм с помощью нескольких гаек. К передней части крепится плата электрической схемы и батарея (см. рис. 13.8).

i 227

Рис. 13.8. Робот-рыба в сборе

Мы изготовили привод соленоида и электрическую схему. Для исключения попадания воды, которая может привести к порче устройства, необходимо завернуть плату соленоида в тонкую прозрачную пленку, используемую в кулинарии. Чехол из пленки крепится к хвосту с помощью проволоки. Крепление должно обеспечивать легкое поперечное перемещение хвоста.

Перед тем как опускать устройство в воду, ему необходимо обеспечить нулевую плавучесть. Если вы опустите его в воду «как есть», то передняя тяжелая часть робота «спикирует» на дно, а взмахи хвоста будут осуществляться «в воздухе». При помощи резиновой ленты прикрепите полоски пенопласта к передней части модели поверх прозрачного чехла. Положите модель в воду для проверки. Добейтесь горизонтального или почти горизонтального положения равновесия. После этого можно включить модель и отпустить ее в «плавание».

Данная модель робота не обладает КПД настоящей живой рыбы, хотя и обеспечивает движение. Я думаю, что КПД устройства можно повысить, распилив алюминиевую хвостовую пластину 12х 140 мм пополам, и затем соединить половины с помощью пружины 50 мм. Такая пружина позволит хвосту поворачиваться и изгибаться, что может обеспечить больший КПД передвижения.

Робот отличается от андроида своим внешним видом. Если робот выглядит как «робот», то андроид копирует облик человека или иного живого существа. По этой причине андроидная рыба должна иметь вид рыбы.

Создание рыбы-андроида не столь сложно, как это может показаться на первый взгляд. Причина в том, что можно приобрести достаточно хорошо сделанную искусственную «шкуру» рыбы (см. рис. 13.9). Подобные предметы продаются в магазинах «хобби» и иллюзионного реквизита. Такая рыба может быть «вспорота» для установки внутри соответствующего механизма.

i 228

Рис. 13.9. Робот-рыба, заключенный в оболочку резиновой рыбы

Некоторые типы подобных муляжей выглядят более натурально. Я нашел модель, сделанную из толстой и мягкой резины. Такая «рыба» на вид и на ощупь очень реалистична, но требует более мощной «начинки», чтобы она могла двигаться. Лучшим выбором могут служить менее натуральные муляжи рыб, имеющие более тонкую шкуру и, следовательно, требующие меньше усилий для их передвижения.

Источник

Подводная лодка

Модели игрушечных подводных лодок производятся и продаются многими компаниями. Их возможности зависят от степени сложности модели, но обычно они управляются по радио и способны погружаться и всплывать (см. рис. 13.2).

235432 239 i 221

Рис. 13.2. Игрушечная подводная лодка готова к переделке в TROV

При переделке игрушечной подводной лодки я советую отказаться от радиоуправления и перейти к управлению по проводам с использованием соответствующего кабеля. По специальному кабелю можно подвести к подводной лодке питание и управляющие сигналы.

Такие подводные лодки для «хобби» могут быть превращены в небольшие системы телеслежения. Первоначальной переделкой может быть установка цветной видеокамеры. Большинство из подобных лодок имеют пустые отсеки, куда можно установить электронную схему (см. рис. 13.3).

235432 239 i 222

Рис. 13.3. Открытый отсек для размещения электронных компонентов

В подводную лодку можно установить большинство блоков, использованных в автомобиле с дистанционным управлением (см. гл. 9). Единственным отличием является управление по проводам вместо радиоканала.

Подводная лодка является игрушкой, поэтому лучше не запускать ее в открытые водоемы. Крошечные водяные движители в таких лодках могут работать только в спокойной воде. Конечно, создание такой лодки может служить началом для более совершенных конструкций.

Существуют ли какие-либо другие способы использования подобных лодок, кроме использования их в качестве подводных «наблюдателей»? Я могу вообразить себе 10 или более подводных лодок в одном бассейне, причем, каждой управляет отдельный оператор. Я уверен, что на этой базе можно создать множество подводных или «космических» сценариев интересных игр.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Подводная прокладка кабелей

Подводная прокладка кабелей Вопрос. На каких участках прокладываются кабели при пересечении кабелями рек, каналов и т. п.?Ответ. Прокладываются преимущественно на участках с дном и берегами, мало подверженными размыванию. При прокладке кабелей через реки с неустойчивым

Малая скоростная автоматизированная подводная лодка-истребитель проекта 705 (705К)

Малая скоростная автоматизированная подводная лодка-истребитель проекта 705 (705К) Р.А.Шмаков, главный конструктор СПМБМ «Малахит»Наиболее яркой страницей в истории Специального конструкторского бюро №143 (ныне – СПМБМ «Малахит» 8* явилось создание подводных лодок (ПЛ) пр.705 и

ПОДВОДНАЯ ЛОДКА ПРОЕКТА 877

ПОДВОДНАЯ ЛОДКА ПРОЕКТА 877 Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин» (ЦКБ МТ «Рубин») – старейшая фирма России, специализирующаяся на создании подводных лодок разного водоизмещения, начавшая свою историю по проектированию боевых подводных лодок с 1901

Подводная опасность

Подводная опасность Ясный солнечный день выдался 8 июня 1855 г. на просторах Балтики. Здесь меньше ощущалась гроза Крымской войны, бушующей уже два года на Черном море. Но в этот день недалеко от Кронштадта показался флагманский корабль англо-французского флота «Мерлин».

Глава седьмая Подводная защита

Глава седьмая Подводная защита Газо-водяной молот Тралы и тральщики — все это активные средства борьбы с угрозой подводного удара.Но ведь далеко не во всех случаях можно пользоваться тралами. У берегов противника, например, там, где минные заграждения бдительно

Подводная «броня»

Подводная «броня» Прежде всего это обшивка борта — тонкие листы высококачественной стали.Затем следует воздушное пространство. Здесь смесь из газов и воды свободно расширяется и теряет часть своей силы. Но все же сохранившейся силы еще будет достаточно, чтобы разрушить

Подводная прокладка кабелей

Подводная прокладка кабелей Вопрос 167. Каковы правила прокладки кабелей при пересечении рек, каналов и т. п.?Ответ. В этих случаях кабели, как правило, заглубляются в дно на глубину не менее 1 м на прибрежных и мелководных участках, а также на судоходных и сплавных путях; 2 м

Летающая лодка МДР-6-2М-25Е

Летающая лодка МДР-6-2М-25Е Елена АСТАХОВАПеред началом Второй мировой войны авиация Военно-морского флота СССР получила несколько типов летающих лодок, в том числе – дальний морской разведчик (МДР). Его разработала группа инженеров, возглавляемая авиаконструктором И.В.

Источник

Дела подводные — для роботов

Intro

Поверхность планеты примерно на 71% покрыта океанами (порядка 361 млн. км²). Площадь РФ примерно 17 млн. км. Глубина океанов неравномерна, выделяют следующие зоны:

Шельф (shelf — полка) — глубина до 200—500 м;
Континентальный склон — глубина до 3500 м;
Океанское ложе — глубина до 6000 м;
Глубоководные желоба — глубина ниже 6000 м.

Средняя глубина также отличается:

Атлантический — 3600 м
Индийский — 3890 м
Северный ледовитый — 1225 м
Тихий — 4250 м

ibpnn8u3nmtptb8h4zchsue9 zo

Зачем человек лезет под воду?

Исторически сначала за едой (рыбы, моллюски, членистоногие, водоросли). Затем для проведения инженерных работ (строительство гидротехнических сооружений, боевые действия). Последнее время для строительства линейных объектов (трубопроводы (газ, нефть) и подводные кабели) и добычи полезных ископаемых (газ, нефть, железномарганцевые конкреции). Для человека океан опасен, но полезен в качестве источника добряков.

Как человек покорял глубины

Ныряние на задержке дыхания

Если ныряльщики за жемчугом и прочими устрицами были во все времена, то вот погружение на значительные глубины стало возможным в новое время. Справедливости ради, нужно отметить рекордные глубины погружений у фридайверов [1]:

Погружение с постоянным весом на задержке дыхания:

Мужчины — 129 м (Алексей Молчанов, 2016-10-28)
Женщины — 104 м (Алессия Зеччини, 2017-05-10)
UPD:
Мужчины — 130 м (Алексей Молчанов, 2018-07-18)
Женщины — 107 м (Алессия Зеччини, 2018-07-26)
С сайта AIDA.

Мужчины — 253.2 м (Герберт Ницш, 2012-06-06)
UPD:
AIDA не засчитала попытку.
Мужчины — 214 м (Герберт Ницш, 2007-06-14)
С сайта AIDA.
Женщины — 160 м (Таня Стритер, 2002-08-17)

Также необходимо понимать, что для достижения таких результатов люди всю жизнь посвящают тренировкам, при этом очень многие гибнут в попытке побить рекорд.

Использование достижений науки и техники для работы на глубине

Водолазная машина Лесбриджа

В 1715 г. англичанин Джон Лесбридж построил подводную машину, которая уже была прототипом современного жесткого скафандра. Человек помещался в металлическом цилиндре с крышкой. В цилиндре было три отверстия: два для рук и третье — смотровое, в которое было вставлено стекло. По описаниям, изобретатель опускался на глубину до 24 м и проводил под водой до 34 минут. Использовали машину для подъёма ценностей после кораблекрушений.

yxg8hey4r3a wfj8tinexw cc s

Тяжёлый водолазный костюм

Далее можно выделить 1819 год, когда Кристьяном Августом Сиебе был представлен первый тяжёлый водолазный костюм, различные модификации которого используются по сей день.

Например, трёхболтовка: данное стандартное водолазное снаряжение используется в российском ВМФ и гражданском флоте с XIX века и по сей день. Им комплектуются водолазные станции морских и рейдовых водолазных ботов, спасательных судов и буксиров. Не изолирует водолаза от давления внешней среды (воды). Оснащается переговорным устройством.

Рекорд погружения в тяжелом водолазном костюме, который удалось найти — это 317 метров [2]. В рамках отработки элементов курсовой задачи К-2 (действие одиночного корабля в море по предназначению) водолазные специалисты спасательного судна «Игорь Белоусов» Тихоокеанского флота ВМФ РФ в глубоководном полигоне впервые совершили экспериментальный спуск в водолазном колоколе на глубину 317 метров с выходом на грунт.

АСС ВМФ и командование ВМФ на основании результатов экспериментальных спусков на глубины до 305 м пришли к выводу, что для обеспечения безопасности водолазов при спусках методом кратковременных погружений глубину спусков следует ограничить 200 м, поскольку на больших глубинах водолазы оставались физически неработоспособными, и что самостоятельное спасение подводников из затонувшей подводной лодки способом подъема по буйрепу с глубин более 200 м невозможно [3].

Опять же такие глубины доступны после длительной профессиональной подготовки и использования барокамер для декомпрессии.

Аппарат Генри Флюсса

Далее можно выделить аппарат Генри Флюсса 1878 года патентования, который можно назвать SCUBA.

wdxr5yk2aenydvxf sx4ebqiw q

Акваланг

В 1945 году Жак-Ив Кусто вместе с Эмилем Ганьяном патентуют акваланг. Акваланг сейчас используют большинство любителей подводных погружений, профессиональные водолазы и спасатели.

Акваланг: 1 — Шланг, 2 — Мундштук; 3 — Клапан (редуктор); 4 — Наплечный ремень; 5 — Наспинный щиток; 6 — Резервуар (газовый баллон)

Рекорд погружения с аквалангом на текущий момент принадлежит Ахмеду Габру. Ему удалось достичь отметки 332,4 метров ниже поверхности воды Красного моря неподалеку от города Дахаб. Всё погружение заняло 14 часов (всплытие скорее всего длилось не менее 10 ч.).
И опять же, для таких рекордов необходима длительная подготовка, барокамера и большая команда поддержки.

Какова максимальная глубина, на которую может погрузиться человек, испытывая на себе действие давления столба воды на этой глубине?

COMEX

534 м в открытой воде 1988 год, Марсель, Франция [4], с использованием дыхательной смеси COMEX Hydra 8 (49% водорода, 50% гелия, 1% кислорода) всего 6 человек (4 водолаза COMEX, 2 из ВМФ Франции). Сначала 8 дней в барокамере постепенное повышение давления до 53 атмосфер. Далее все 6 водолазов работали на глубинах от 520 м до 534 м. Один раз было выполнено упражнение по соединению труб. После выполнения запланированных задач в течение 18 дней водолазы проходили декомпрессию в барокамере.

701 м в экспериментальной барокамере 1992 год, Марсель, Франция [5]. Протокол эксперимента:

По всей видимости, давление на глубине больше 700 метров с использованием для дыхания смеси газов является предельным.

Существуют изыскания по технологии жидкостного дыхания. Для этого в экспериментах применяют жидкий перфтороуглерод с растворённым в нём кислородом и углекислым газом. По состоянию на дату публикации проводятся эксперименты над лабораторными животными.

Тут стоит напомнить про средние глубины океанов от 1250 м до 4250 м.

Жёсткие водолазные скафандры

Следующем ответвлением для покорения глубин является создание костюмов, поддерживающих для человека нормальное атмосферное давление и защищающих от давления окружающей среды.
По ГОСТ Р 52119-2003: Жёсткий водолазный скафандр предназначен для подводного наблюдения и выполнения водолазных работ оператором находящимся в условиях нормального внутреннего давления (Техника водолазная. Термины и определения).

Снаряжение, предназначенное для глубоководных (до 600 метров) работ, во время которых на водолаза действует обычное атмосферное давление, что снимает проблему декомпрессии, исключает азотное, кислородное и иные отравления. Исторически можно выделить следующие изделия:

Водолазный костюм братьев Кармагноль

Водолазный костюм с 20 маленькими иллюминаторами Альфонса и Теодора Кармагноль, Марсель, Франция, 1878. Скафандр по задумке должен был быть способен безопасно погрузить человека на глубину в 60 м. Однако, он никогда не работал как надо и постоянно протекал. Сейчас находится в музее ВФМ Франции.

Костюмы «Нойфельд и Кунке»

Три поколения водолазных костюмов немецкой фирмы «Нойфельд и Кунке», 1917-1940.
Костюм третьего поколения (произведён между 1929 и 1940 годами) позволял погружаться на глубину 160 м. и был снабжён встроенным телефоном. Разработки компании «Нойфельд и Кунке» легли в основу жесткого скафандра итальянца Роберто Галеацци в начале 30-х годов прошлого столетия, была в том числе принята на вооружение военного флота недавно образованного Советского государства.

fns0w50rdfw4daepi9o6b0idppe

1-Man Sub

1933, Мини-подводная лодка на одного человека. Скафандр, позволяющий водолазу значительное время работать на глубине 300 метров без долгого процесса декомпрессии.

Jum suit

JIM suit 1974, Жесткий скафандр. Скафандр использовался в 70-х годах прошлого века в нефтяной промышленности. В 1979 женщина водолаз — Сильвия Эрл установила мировой рекорд в этом скафандре. Она спустилась на 381 метр и шла по морскому дну в течение двух с половиной часов.

Newtsuit

1985 год, разработка во главе с Филом Ньюттеном. Тестирован до глубины 900 м, сертифицирован до глубины 300 м.

jtpedo9pbuwworroen5tevjy4d4

Exosuit

Exosuit — это 240-килограммовый двухметровый костюм из алюминиевого сплава, который позволяет человеку работать на глубине до 305 метров. Для повышения мобильности и помощи слабым человеческим рукам и ногам, Exosuit оснащен 4 движителями мощностью по 1,6 л.с. (с возможностью увеличения до 8), а также 18 соединениями, которые обеспечивают подвижность рук. «Рукава» скафандра можно оснащать различными сменными насадками: захватом, резаком, буром и т.д.

70m

Atmospheric Diving System (ADS 2000)

ADS 2000 был разработан совместно с OceanWorks International и ВМС США в 1997 году для удовлетворения требований ВМС США. Корпус из кованого алюминиевого сплава T6061, усовершенствованная конструкция шарнирного соединения. Способный работать на глубине до 610 м на протяжении 6 часов, имеет автономную автоматическую систему жизнеобеспечения. Интегрированная двойная система рулевого управления позволяет пилоту легко перемещаться под водой. Он был сертифицирован ВМС США 1 августа 2006 года, когда главный военно-морской водолаз Даниэль Джексон погрузился на глубину 2000 футов (610 м).

eloeuj2kqjtmgcbmdzqo2e8yuyg

awd lfc lwnjwffdaan k77dbu

Даже с использованием скафандров, человек может погрузиться на глубину до 610 м.

А что же подводные лодки?

Современные подводные лодки позволяют погрузится на глубину около 600-650 м.

Абсолютным рекордсменом максимального погружения пока остаётся советская АПЛ «Комсомолец», в 1985 году подводная лодка достигла глубины 1027 метров ниже поверхности моря. Рабочее значение для нее составляло 1000 м, а расчетное — 1250 м. Судьба АПЛ в дальнейшем сложилась трагически. «Комсомолец» затонул в 1989 году из-за сильного пожара, начавшегося на глубине около 300 метров. И хотя ему, в отличие от того же «Трешера», удалось всплыть, история все равно получилась очень трагической.

Для погружения человека на глубины свыше 600 метров были разработаны батискафы.

Батискафы

FNRS-2 и FNRS-3

jwarto nry9wrsagocgwcfavqk0

FNRS-2 был первым батискафом, созданным Огюстом Пиккаром, Швейцария. Работа по созданию батискафа началась в 1937 году и была прервана Второй Мировой войной. Батискаф был достроен в 1948 году. Назван в честь бельгийского фонда национальных научных исследований (Fonds National de la Recherche Scientifique).

Фактическое строительство FNRS-2 велось в 1946-1948 годах. Батискаф был повреждён во время морских испытаний в 1948 году возле островов Зеленого Мыса.

На испытания в открытом море батискаф FNRS-2 отправился на 3500 тонном бельгийском судне Scaldis. Однако, кран Scaldis был недостаточно мощным, чтобы вытащить из воды FNRS-2 с заполненными бензином поплавковыми цистернами. Было успешно совершено беспилотное испытательное погружение на 1400 м, но из-за технических проблем не удалось опустошить поплавковые цистерны от бензина. Было принято решение отбуксировать FNRS-2 обратно в порт, но батискаф побило волнами о борта судна и возникла течь бензина из поплавковых цистерн. После обнаружения протечки бензин был слит в море, а FNRS-2 поднят на борт судна. Дальнейшие испытания были свёрнуты из-за отсутствия средств на починку.

После прекращения финансирования в 1948 году FNRS-2 был продан французскому военно-морскому флоту. Французские специалисты отремонтировали FNRS-2 и переименовали в FNRS-3. В феврале 1954 года FNRS-3 достиг глубины 4050 метров в Атлантике, в 160 милях от Дакара, предыдущий рекорд Пикара составлял 3150 м в 1953 году.

Trieste

Спроектированный в Швейцарии, построенный в Италии глубоководный обитаемый научно-исследовательский батискаф. Разработан Огюстом Пиккаром. Триест был спущен в Средиземное море 26 августа 1953 года недалеко от острова Капри. Проект был основан на предыдущем опыте использования батискафа FNRS-2. Триест управлялся французским флотом. После нескольких лет эксплуатации в Средиземном море Триест был куплен в 1958 году флотом Соединенных Штатов за 250 000 долларов. Изначально сфера для экипажа была рассчитана на погружение до 4000 м, однако ВМС США заказали у компании Krupp изготовление сферы, способной выдержать погружение на 11000м.

В ходе реализации проекта «Нектон» 23 января 1960 Жак Пикар и лейтенант ВМС США Дон Уолш совершили погружение на глубину 10 919 м. Таким образом впервые удалось покорить «Бездну Челленджера» в Марианской впадине.

Archimède

Разработка батискафа с предварительным названием B11000 (Bathyscaphe 11 000 метров) началось в 1957 году в арсенале Тулона. Финансирование осуществляли Национальный Центр Научных Исследований Франции (CNRS) и Бельгийский Национальный Фонд Научных Исследований (FNRS). Проектом руководил Пьер Вильм, значительное участие в проектировании принимал капитан FNRS-3 Жорж Уо. «Архимед» предназначался для погружения на дно Марианской впадины, однако батискаф «Триест» опередил «Архимеда»

Shinkai

hlpmkpnng w

Shinkai — обитаемый подводный аппарат, глубина погружения до 600 м. Спущен на воду в 1970 году, до 1981 года имел самую большую глубину погружения среди японских кораблей. Принадлежит и управляется береговой охраной Японии.

Shinkai 2000 — 1981 год постройки. Пределная глубина 2000 м.
Shinkai 6500 — 1990 года постройки. Предельная глубина 6500м.

Поиск-6

mt7uvhgyanuahntsns63t0cs to

Обитаемый самоходный глубоководный подводный аппарат батискафного типа АС-7 «Поиск-6» проекта 1906 был спроектирован ЛМПБ «Рубин» и СПМБМ «Малахит» и построен на Ново-Адмиралтейском заводе в Ленинграде в 1975-1979 годах. Испытания аппарата производились на Черном море и на Тихом океане, при этом была превышена глубина погружения 6000 метров. Испытания аппарата выявили его значительные конструктивные недостатки и сопровождались многократными отказами техники. В итоге в сентябре 1987 года государственная приемная комиссия, учитывая физическое и моральное старение аппарата АС-7, не приняла его в состав ВМФ СССР и дальнейшие работы признала нецелесообразными.

Мир-1 и Мир-2

Пожалуй самые известные подводные батискафы.

pvykjte5kgmepl39cebfbcnd480

Мир-1 и Мир-2 — два советских и российских научно-исследовательских глубоководных обитаемых аппарата для океанологических исследований и спасательных работ. Основные идеи по конструкции аппарата, устройству его отдельных систем, узлов, элементов, по комплектованию научного и навигационного оборудования принадлежат И. Е. Михальцеву, его заместителю А. М. Сагалевичу и главному инженеру проекта от финской судостроительной компании Саули Руохонену, возглавлявшему группу финских инженеров и техников, принимавших участие в строительстве аппаратов. Глубоководные аппараты изготовлены в 1987 году финской компанией Rauma-Repola Oceanics, причём контракт на создание аппаратов был подписан 16 мая 1985 года, а приёмо-сдаточный акт — 17 декабря 1987 года, после успешных испытательных погружений в Ботническом заливе и в Атлантическом океане на максимальную глубину 6170 метров («Мир-1») и на глубину 6120 метров («Мир-2»). Огромное значение для научных исследований имеет рабочая глубина погружения «Миров» — 6000 метров, благодаря чему эти аппараты могут достигать глубин, на которых расположено 98,5 % дна Мирового океана. Стоимость постройки каждого аппарата в 1987 году составила 100 млн. финских марок (17 млн. евро).

Цзяолун

sy9aocylff3fium3vaha7hsoua4

«Цзяолун» — китайский беспоплавковый глубоководный обитаемый аппарат. За период с 31 мая по 18 июля 2010 года совершил 17 погружений в Южно-Китайском море, самое глубоководное из которых — на глубину 6759 метров. Это событие сделало Китай пятой страной после США, Франции, России и Японии, обладающей современными технологиями погружений на глубину более 6500 метров.

Deepsea Challenger

Deepsea Challenger (DCV 1) — батискаф, на котором 26 марта 2012 года канадский режиссёр Джеймс Кэмерон в одиночку осуществил погружение в «Бездну Челленджера» (Марианская впадина). Подводный аппарат построен в Сиднее, Австралия, проектно-исследовательской компанией Acheron Project Pty Ltd. и содержит научное оборудование и 3D камеры с высоким разрешением. Deepsea Challenger был втайне построен в Австралии, в сотрудничестве с National Geographic и при поддержке Rolex. В строительстве батискафа и реализации миссии помощь оказали Скриппсовский институт океанографии, Лаборатория реактивного движения и Гавайский университет. Руководил строительством австралийский инженер Рон Аллум. Оценочная стоимость аппарата 7 млн. долларов.

2qv8qvwi15iyk abdr6komimu3k

В батискафе человек может погрузиться на любую глубину в океане и даже провести манипуляции по водой и что-нибудь поднять, но стоимость самих батискафов и их обслуживания достаточно высока.

Использование возможностей океана.

На картинке кратко приведены основные направления работы в океане, не считая поисково-спасательных работ:

Строительство и ремонт линейных сооружений

Испанская электроснабжающая компания Red Eléctrica de EspaÑa внедрила систему передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения (HVDC), соединяющую остров Майорка с единой энергосистемой континентальной Испании.

244-километровая система линий электропередачи постоянным током высокого напряжения соединяет район Морведре (близ Валенсии) с деревней Санта-Понса, расположенной рядом со столицей Майорки — Пальма-де-Мальорка. Электрическая мощность 400 МВт передается по кабелю, идущему по морскому дну, потери на передачу постоянного тока минимальные: 250 кВт.

a8mpmjj0elhtco

Как можно видеть на рисунке, при работе на глубинах были использованы специальные механизмы. Для укладки кабеля используется специальный аппарат capjet [6], укладка контролируется необитаемыми телеуправляемыми подводными аппаратами (ROV).

Примерно также происходит укладка кабелей связи:

Операция по подъёма истребителя F14 Tomcat с глубины 1140 м возле мексиканского побережья. Во время операции использовались телеуправляемые подводные аппараты.

1bdyjcamjcbm5iufa ena tzpdw

Очистка дна от сюрпризов войны при строительстве северного потока:

quom7csrsr rcmess54ookd883i

Добыча нефти на шельфе:

mcquutd6p2g6zyq6hgsfswzwmg0

Примерно также, с помощью телеуправляемых аппаратов осваивается штокмановское месторождение.

Так аппарат выглядит живьём:

tqqkc s 0nu crugyfnliggbgn8

a37q83rcltjbihjkcq7nleaw h8

А вот что при этом видит оператор:

cqttz6azyug9wyey2fsyjt jtui

Телеуправляемые аппараты (ROV) производятся разных классов с разной глубиной погружения. Есть те, которые можно опускать на 4000 м, есть те, которые нельзя больше 300 м, стоимость их также отличается на порядки. Если аппараты, которые пригодны для работы на большой глубине стоят от 1 млн. долларов, то аппараты, которые работают на глубинах до 300 м стоят несколько десятков тысяч долларов в промышленном исполнении.

Помимо телеуправляемых аппаратов используются автономные необитаемые подводные аппараты (AUV). В основном их используют для поисковых операций, до июля 2018 года с 2014 года в Индийском океане искали пропавший самолёт малазийских авиалиний с помощью таких аппаратов.

1rfxizstdgxpxdr8fhn0sci7 dg

Автономные подводные аппараты используются для мониторинга состояния подводных линейных сооружений (трубопроводы, кабельные линии), для картографирования поверхности дна и проведения научных исследований на большой площади. Большинство автономных аппаратов выполняется в виде торпеды, чтобы уменьшить лобовое сопротивление воды и тем самым увеличить длительность работы под водой на одном заряде батарей.

z axy cyn0hieyrii1ivl l9zpa

Также создаются гибридные системы, т.к. автономные аппараты, которые можно подключить кабелем для подачи питания и получения изображения с камер и данных с датчиков в режиме реального времени. Предполагается, что в ближайшие 5 лет AUV вытеснят ROV при работах на шельфе и обследовании трубопроводов, т.к. для работы с ROV требуется судно с динамическим позиционированием, которое может обходится до 250000 долларов в день, при этом работа промышленных AUV обходится в 30000 долларов в день [7]. Но для такой замены необходима мощная вычислительная бортовая система, производительная видеосистема, мощные и ёмкие аккумуляторы, точные датчики и сонары, а также разработка алгоритмов, которые смогут выполнять все те задачи в автономном режиме, которые выполняет оператор ROV в телеуправляемом режиме.

iuovyi2 j0984pedgolx iyll7i

Добыча железомарганцевых конкреций

dwwfpqemtw

Железомарганцевые конкреции — аутигенные минеральные стяжения гидрооксидов железа и марганца, а также других элементов на дне озёр, морей и океанов. Наиболее широко распространены в пелагических районах Мирового океана. Впервые изучены английской экспедицией на судне «Челленджер» в 1872-76. Подробные сведения о железомарганцевых конкрециях (пространственное размещение, фациальная обстановка формирования, петрография, минералогия и геохимия) получены в результате исследований дна Мирового океана, проведённых исследователями различных стран (Великобритания, CCCP, США, ФРГ, Япония и др.) в период Международного геофизического года (1957-1958) и в последующие годы.

Оцениваемые запасы трех океанов составляют 200 млрд т., в Атлантическом океане содержится 45 млрд т., в Тихом — 112 млрд т., в Индийском океане — 41 млрд т. Месторождения, залегающие на относительно небольшой глубине и являющиеся типичными разновидностями залежей марганца, встречаются на глубине до 400 метров недалеко от берега Байя, Калифорнии и Японии. Конкреции у берегов Японии находятся на глубине от 100 до 360 метров на верхнем слое морского дна вдоль архипелага Аузу около Токио.

rswuyfwizzlihkvh7uwvc9qtvce

Фирма Nautilus Minerals Ltd. строит специальное судно для переработки руды, поднятой с дна океана [7].

559fv 7uzlbdbfij53b5jwows0

Железомарганцевые конкреции Мирового океана в среднем содержат следующие рудные компоненты (%): Na 1,9409; Mg 1,8234; Al 2,82; Si 8,624; Р 0,2244; К 0,6427; Ca 2,47; Ti 0,647; V 0,0558; Cr 0,0035; Mn 16,02; Fe 15,55; Ni 0,480; Co 0,284; Cu 0,259; Zn 0,078; Sr 0,0825; Zr 0,0648; Mo 0,0412; Tl 0,0129; Pb 0,0900. Характерно наличие Ag, Ir, В, Cd, Yb, W, Bi, Y, Hg и других элементов, концентрации которых значительно превышают средние значения для земной коры. По средним содержаниям основных рудных компонентов (Ni, Cu, Co, Mn) железомарганцевые конкреции в пределах отдельных изученных районов сопоставимы с рудами месторождений, разрабатываемых на континентах.

На поверхности руда выглядит так:

Совсем скоро обещают наладить промышленную добычу.

Интерес

В целом, подводные аппараты или роботы с 2015 года рассматриваются как новый передний край роботов (The Next Big Drone Frontier)[8].

По прогнозам, рынок необитаемых подводных аппаратов (UUV) достигнет 5,20 млрд. долл. США к 2022 году, при этом CAGR составит 14,07% с 2017 года по 2022 год. Рост рынка можно объяснить ростом числа глубоководной морской добычи нефти и газа и увеличения угроз морской безопасности.

В целом интерес к подводной робототехнике достаточно высок в США, Китае, ЕС и Сингапуре.
Патентные исследования подтверждают это.

География стран, которые регистрировали патенты в области подводной робототехники:

qtfzfic8mxznqcvj8q4vud0 0m

Распределение по количеству поданных заявок:

Видно, что на первое место сейчас вырвался Китай и через несколько лет мы увидим разработки в железе и далее в росте экономических показателей.

Сегментация используемых технологий по данному направлению:

1nizbrwzvlt7o9t9s7

Естественно работа ведётся со студентами и школьниками. Ведь в ближайшие несколько лет все эти разработки пойдут в промышленность и потребуются специалисты для работы с создаваемыми подводными аппаратами.

Показателем наличия такой работы является наличие соревнований по подводной робототехнике:

MATE International ROV Competition

xqhef30td nwqnk3r0aym5db9cu

Наиболее массовые соревнования. В США порядка 600 учебных заведений заявляют об участии в отборочных турах. Делятся на школьные и студенческие соревнования в различных классах:

ROBOSUB

tflt mip46h5ayyu7sojhfiu m4

gxgy8qa7niu og iu1ql5kiuvw

Наиболее престижные соревнования для студентов. Спонсируется ассоциацией фонда беспилотных транспортных средств и Управлением военно-морских исследований. Участвуют студенческие команды со всего мира. В 2018 году победили китайцы из Harbin Engineering University, второе место National University of Singapore. Успешно выступают студенты ДВФУ и МГУ им. Невельского.
RoboSub 2012 разведка боем и выход в финал

Singapure AUV Challenge

Соревнование по автономным подводным аппаратам. Участвуют студенты стран АТР. Успешно выступают студенты ДВФУ.

Student Autonomous Underwater Challenge-Europe

К сожалению, не знаю участников из России.

Что же у нас?
До 600+ команд, как в США, нам пока далеко, но интерес тоже есть:

MATE ROV Competition Vladivostok

Проводятся во Владивостоке на базе бассейна МГУ им. Невельского. Регистрация с декабря по март.
Описание тут.
Новости тут и тут.
Видео тут.

2duhicvepd5ejg4iy4tumw3nfoi

wes2 9dhdq63uqj0dmjgbndab7y

jyw ujh6l5zplt7q1jdr5envqg

hhcj3hcrmqihb9ohlsd ocrdwsi

ВРО Водные ИРС

Проводились в рамках финала Всероссийской робототехнической олимпиады в г. Иннополис в конце июня. На 2019 года пока неизвестно будет ли Иннополис проводить финал ВРО.

Олимпиада НТИ водный профиль

Первые всероссийские соревнования по подводной робототехнике Владивосток 2018 (Аквароботех 2018)

Уже прошли. Почитать можно про них тут и тут.

Первый конкурс по подводной робототехнике для учеников 1-4 классов

Предложение

Мы можем предложить следующие наборы для занятий подводной робототехникой:

Источник

Лечение заболеваний внутренних органов
Adblock
detector