В Пензенском государственном университете (ПГУ) разработали безэкипажный подводный аппарат бионического типа. Он найдет широкое применение в океанологических исследованиях, в поисково-спасательных работах под водой и в военной сфере. Разработка превосходит аналоги по многим показателям и создана в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты». Она более маневренная, скрытная и бесшумная.

В последнее время во всем мире растет интерес к подводной робототехнике. Это обусловлено широким кругом ее применения: исследования морской фауны и флоры, морских геологических образований, обследование и ремонт подводных нефтяных и газовых скважин, военная разведка и многое другое.

Существует несколько вариантов подводных аппаратов: неавтономные (привязанные) и автономные. Принципы их работы различы. 

Неавтономные прикреплены к какому-либо судну. Через проводной канал энергообеспечения получают необходимую энергию для работы. У автономных аккумулятор встроен в сам аппарат. Таким типом можно управлять с помощью телеуправления.

Каждую модель используют в конкретных целях.

Самым оптимальным, безопасным и экономичным средством для исследования рельефа дна служат безэкипажные подводные аппараты бионического типа. Им отдают большее предпочтение, чем классическим вариантам: торпедообразным, цилиндрическим и сигарообразным.

По словам разработчика — аспиранта ПГУ Ильи Урваева, аппараты с бионическими формами повторяют форму рыб и имеют гибкую конструкцию.

«Они производят значительно меньше шума в процессе движения, обладают большей маневренностью, меньше воздействуют на окружающую обстановку. К примеру, они не поднимают ил со дна, тихо работают, оставляют менее заметный след на воде. И внешне похожи на подводных обитателей. Поэтому их не принимают за чужака жители морского дна», — рассказал Илья Урваев.

В Пензенском госуниверситете создали 3D-модель устройства и собрали макетный образец безэкипажного подводного аппарата бионического типа. Его длина составляет 0,5 метров, а диаметр — 20 см. Конструкция аппарата основана на механике движения рыб. Заставляет его перемещаться в воде «настоящий» рыбий хвост. 

Принципиальное отличие разработки пензенских ученых от аналогов в том, что в механизм работы хвостовой части заложены две техники плавания морских обитателей — тунца и дельфина. 

Тунцы способны преодолевать большие расстояния. Их хвост, большой и мощный, расположен вертикально. Он позволяет рыбе плавать на высоких скоростях и быстро маневрировать. Хвостовой плавник состоит из нескольких частей: верхней доли, нижней доли и киля, которые помогают рыбе сохранять устойчивость и контроль. А хвост дельфина имеет мощную мускулатуру. Он расположен горизонтально, а не вертикально, как у рыб. Поэтому дельфинам удается плавно передвигаться, с легкостью обходя все препятствия. 

Благодаря соединению двух техник плавания морских обитателей «железный хвост» меняет направление движения. Поэтому безэкипажный подводный аппарат бионического типа от научного коллектива ПГУ сможет подстраиваться под определенные задачи, переключая виды плавания.

«Подвижная платформа ориентирует хвостовой плавник в соответствии с желаемым движением. Для каких-то целей будет использоваться режим плавания, как у тунца. Например, если нужно быстрее проплыть участок. А для задачи маневрирования под водой будет использоваться положение хвостовой части, как у дельфина, — горизонтально», — поделился Илья Урваев.

Внешний вид разработки напоминает бионическую рыбу-робота. В носовой части располагается видеокамера и гидролокатор. Он помогает аппарату ориентироваться в пространстве. В среднюю часть встроены основные электронные компоненты и брюшные плавники. Последние создают способность накреняться и изменять глубину погружения.

В этой же части располагается система управления — «мозги» аппарата, в состав которой входят: блок управления и сбора данных, блок навигации и блок контроля хвостового движителя (хвостовой плавник). Здесь же находится и флеш-память, где будет накапливаться собранная информация об исследуемом объекте, а после передаваться оператору.

Хвостовой плавник выполнен в форме клиновидно-конусного тела с упругой армированной пластиной. Он соединяется шарнирно со штоком линейного актуатора.

«Решение встроить в конструкцию линейные актуаторы (специальные устройства для линейного перемещения) позволило менять направление движения хвостовой части. В движение хвост будут приводить три актуатора, два из которых будут перемещать хвост в стороны, а третий не позволит ему изменить свое положение по вертикали. Хвост выполняет роль руля», — пояснил Илья Урваев.

С корпусом самого аппарата хвостовой движитель крепится с помощью штанги. Это придает ему нужную ориентацию в пространстве. Поверхность хвостового движителя обтекаемая и покрыта силиконом, который защищает конструкцию от влаги.

Ученые исследовали гидродинамическую модель аппарата. Так им удалось узнать, как «железная рыба» будет вести себя в имитационных условиях под водой.

Реальный образец будет 1,5 метра в длине и 30 см в диаметре, рассказал разработчик. Илья Урваев также подчеркнул, что вес их рыбы-робота будет всего около 20 кг. Каркас исследователи предлагают сделать из алюминиевого сплава, а внешнюю оболочку — из пластика. Это даст безэкипажному подводному аппарату бионического типа преимущество перед известными образцами. Как правило, последние громоздки и их вес достигает несколько сотен килограммов.

Управлять «железной рыбой» будет оператор с помощью дистанционного пульта.

«Разработанный подводный аппарат может найти применение в военной сфере, при проведении разведывательных операций. И везде, где нужно погружаться в воду: гидрометеорологические и океанологические исследования, поисково-спасательные работы под водой», — добавил Илья Урваев. 

В настоящее время научная группа увеличивает дальность работы подводного аппарата. Сейчас управлять им можно в радиусе 100 метров, не прерываясь в течение двух часов. Дальность планируется увеличить до нескольких десятков километров.

В этом году молодой ученый стали победителями конкурса «Ректорские гранты» ПГУ. 

Источник: ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет"