agarev2@mail.ru

 

 

Очевидные и невероятные ЗАДАЧИ РАГИЯНАВТИКИ    htm

        

Задача 13. О фигурах высшего пилотажа рагияаппаратов в океанских течениях 

Агарёв В.А., к.т. н., академик УАОИ, чл. корр. МСАН

В задаче впервые рассматриваются вопросы о возможности создания глубоководного рагияаппарата, который, используя и преобразуя энергию океанского течения, способен выполнять, подобно самолетам, фигуры высшего пилотажа. Механизм формирования управляющих сил и моментов для такого рагияаппарата основан на физических законах, применявшихся в  авиакосмической технике и парусном флоте. Технологии создания рагияаппаратов доступны судостроительным научно – производственным объединениям и авиакосмическим организациям.

                                                                                     Введение
             Многие задачи в мировом океане связаны с поиском и спасением объектов, с научно-исследовательскими и другими видами работ, когда подводные аппараты должны выполнять сложные движения. Это определяет уровень требований, предъявляемых к конструкции и системам управления подводных аппаратов. Особенно высокие требования предъявляются к боевым подводным рагияаппаратам, для которых  глубина погружения на уровень стержня океанского течения и способность выполнять там фигуры высшего пилотажа являются основными тактическими характеристиками. Для сравнения напомним, что подводные лодки плавают на глубинах не более (300-600) м. Ретроспективные характеристики некоторых подводных лодок, построенных в  период с 19 по 20 век, можно посмотреть на странице по адресу:  htm . 

            Рагияаппараты, по определению, должны «работать» в глубинах течениий глобального океанского конвейера. Освоение больших глубин снижает возможность обнаружения подводного аппарата гидроакустическими и другими средствами поиска, способных регистрировать физические поля объекта в воде. Основными источниками шумов у подводных лодок являются гребные винты, механизмы, работающие на предельных режимах, а также корпус, движущийся с большой скоростью.  Для рагияаппаратов часть таких источников шумов или отсутствуют, или создают слабые демаскирующие поля.

            С увеличением глубины погружения рагияаппарата уменьшается вероятность его поражения противолодочным оружием, а  собственные возможности обнаруживать объекты противника возрастают, в том числе, за счет использования подводных звуковых каналов, проходящих по «руслам океанских рек».

            Глубоководные рагияаппараты, по сравнению с подводными лодками, будут иметь важные тактико-технические преимущества, если будут, подобно самолетам и космическим кораблям, выполнять фигуры высшего пилотажа и сложные траекторные движения в океанских течениях.
            На страницах сайта Интернет-НИИ «Рагиянавтика» раньше рассматривались лишь физические основы для выполнения глубоководными рагияаппаратами горизонтальных или вертикальных движений.

           

                                       Постановка задачи

            В начале развития реактивной авиации отдельные специалисты по аэродинамике считали невозможным и даже излишним, выполнение истребителями фигур высшего пилотажа. Для них было главным – «бешенная» скорость самолета. Подобная дискуссия может развернуться и при разработке боевых или спасательных рагияаппаратов. Большинство же специалистов убеждены, что как реактивные истребители в воздухе, так и глубоководные рагияаппараты в океане не способны выполнить широкий круг задач без «бочки», «мертвой петли», боевых разворотов или переворотов. В 20 веке многие летательные аппараты научились выполнять в атмосфере или в космосе сложные фигуры пилотирования и маневрирования. Этими же способностями будут обладать и рагияаппараты в океанских течениях, если к ним приложить соответствующие силы и вращающие моменты.

            Из теоретической механики известно, что если силы, действующие на объект, известны, то расчет его траектории сводится к задаче численного интегрирования уравнений движения, которые могут быть представлены в общем виде:   обобщенные координаты и скорости, определяющие положение и скорость объекта в некоторой удобной трехмерной системе координат в некоторый момент времени.

Таким образом, пространственное положение и характер движения рагияаппарата в океанском течении будет находится в непосредственной зависимости от направления и величины сил и моментов,  действующих на него. Их можно объединить в такие группы: 1- тяговые силы, например от концентраторов энергии; 2- силы, являющиеся функциями положения, например, силы тяготения, силы гидростатического давления; 3- силы, являющиеся функцией скорости, например, силы сопротивления, силы гидродинамические; 4- силы, являющиеся функциями ускорения, к которым относятся силы инерции. Кратко рассмотрим лишь некоторые силы и моменты, которые можно использовать для управления движением рагияаппарата и ориентацией его положения в пространстве.

                                                                                              Решение задачи

            В условиях океанских течений на движение и ориентацию рагияаппарата в пространстве могут действовать такие основные силы и моменты: сила тяжести (Р) и силы инерции (ma); выталкивающая сила Архимеда (F_A); поперечные гидродинамические наружные силы Магнуса (F_M), внутренние моменты гироскопической природы (M_В), а также внешние силы сопротивления.

            Напомним, что силы Магнуса в течении действуют на вращающиеся цилиндрические части рагияаппарата и направленны в сторону, где скорость потока и вращения совпадают. Внутренние же моменты гироскопической природы передаются рагияаппарату при вращении, установленных по соответствующим осям маховиков или силовых гироскопов.

            Известно, что подъемная или отклоняющая сила рулей традиционного типа зависит от их формы и положения. Если руль изменит направление струи в сторону, возникает сила реакции, направленная в противоположную сторону. Несложно представить как рулями, используя силы тяжести и Архимеда, можно вертикальное движение рагияаппарата частично преобразовать в горизонтальное  движение, а горизонтальное движение - в вертикалдьное. Такой способ движения рагияаппарата, хотя и не самый быстрый, может быть использован за границами течения при переходе из одного течения в другое. Заметим, что, по мере снижения относительной скорости движения рагияаппарата в океанском течении, эффективность воздействия рулей, установленных на корпусе рагияаппарата, снижается. Это же наблюдается и в случае использования парусов или рулей при управлении воздушным шаром. Принципы построения и использования рагияаппаратов в океанских течениях должны учитывать данное обстоятельство.

            На рисунке слева показан результат взаимодействия вращающегося цилиндра с океанским течением, а также направление силы Магнуса. На рисунке справа показан рагияаппарат с вращающимися цилиндрами и основные силы и моменты, действующие на аппарат в океанском течении. Согласно экспериментальным данным наибольшая сила Магнуса (F_M) наблюдается если окружная скорость цилиндра равна четырех кратной скорости потока обтекающей жидкости. Так, если радиус цилиндра движительно-рулевого комплекса рагияаппарата равен 1 м, скорость течения 1 м/c, то максимальная сила Магнуса возникает при скорости вращения одного оборот цилиндра за время около 1.5 с.   

            При небольших относительных скоростях рагияаппарата в океанском течении, когда управляемость от внешних сил и моментов движительно-рулевого комплекса снижается, а также  при переходе рагияаппарата из одного течения в другое, движение аппарата в пространстве вокруг центра масс можно выполнять с помощью маховиков-гироскопов. Такой способ управления объектами широко известен в космонавтике. На рисунке справа показан рагияаппарат, состоящий из корпуса и трех вращающихся маховиков – гироскопов. Точки подвесов и оси вращения маховиков неподвижны относительно корпуса, а центр масс аппарата совпадает с центром масс корпуса. При такой ориентации осей вращения маховиков – гироскопов главные оси инерции рагияаппарата совпадают с главными осями инерции корпуса. Принимая во внимание, что угловые ускорения аппарата, по сравнению с угловыми ускорениями маховиков – гироскопов малы, можно записать известные уравнения для проекции внутреннего момента на оси связанной системы координат:   

Здесь- относительные угловые скорости вращения роторов, являются управляющими параметрами. Эти величины должны изменяться с помощью регулятора таким образом, чтобы корпус рагияаппарата двигался по желаемому закону, и достигло заданного положения в пространстве.

Опыт выполнения различных операций известными глубоководными обитаемыми  аппаратами, в условиях дефицита времени, наличия подводных течений и плохой видимости, выдвигает в число основных задач – задачу  автоматизации режимов движения, навигации и управления подобными аппаратами. Для рагияаппаратов, учитывая условия работы в океанских течениях, должны быть разработаны свои принципы построения систем навигации и управления движением и приборное оборудование, которые обеспечивают заданную точность управления аппаратом во время выполнения фигур высшего пилотажа и при многократных возвращениях к спасаемым или наблюдаемым объектам.

Любой рагияаппарат можно описать характеристиками о формах его основных частей корпуса и типом движительно-рулевого комплекса. От этих характеристик во многом зависит, как и какие сможет выполнять фигуры высшего пилотажа рагияаппарат.    На рисунках этой страницы показаны некоторые фигуры высшего пилотажа (боевые развороты, горка, петля), которые смогут выполнять рагияаппараты как в прямом, так и в перевернутом положении, используя как смежные, так и встречные океанские  течения.

                                               Заключение

 Краткий обзор сил и моментов, которые действуют на рагияаппарат в океанском течении, указывает на возможность выполнения глубоководными аппаратами фигур высшего пилотажа. Благодаря этому глубоководные рагияаппараты, за счет использования и преобразования энергии океанских течений в другие виды энергии, смогут выполнять под водой сложные и разнообразные  работы.     Конструкции и механизмы рагияаппаратов могут быть хорошо приспособленны для длительной и продуктивной жизни в морях и океанах. Они смогут не только обгонять друг друга в океанских течения  и осуществлять  транспортировку грузов или айсбергов, но и передвигаться по дну, резать, сваривать, паять, хватать, поднимать исполинские грузы и многое другое, что может быть использовано при освоении мирового океана.

                                                                       Информация для размышления.   

            На создание и использование известных подводных аппаратов и атомных крейсеров уходит неоправданно много сил и средств, а цели достигаются не всегда. Постоянно работающие рагияаппараты различного назначения, используя экологическую энергию океанских течений, могут достигать поставленных целей более дешевыми средствами. Рагияаппараты способны месяцами и даже годами путешествовать в толще океанских течений, проводить нужные измерения, выявлять и собирать вредные вещества. Рагияаппараты могут быть как с неограниченно наращиваемыми концентраторами для транспортировки айсбергов, так и с единичным концентратором для гребной лодки, на которой российский путешественник Конюхов на веслах пересек Атлантический океан.

            Проекты по разработке и использованию рагияаппаратов представляют  интерес для многих заказчиков. Рагияаппарат как «гигантский спрут» способен скрытно охранять прибрежные границы морских государств, а при необходимости встречать корабли и подводные лодки пиратов, атаковать и уничтожать их. Для них может быть разработано соответствующее глубоководное ракетное или торпедное оружие, учитывая то обстоятельство, что существующие морские ракеты и торпеды по своим характеристикам не соответствуют условиям, для которых предназначены боевые постоянно действующие рагияаппараты. Речь идет, прежде всего, о глубине погружения на уровень океанских течений, о прочностных  характеристиках корпусов, о длительности автономной работы и точности бортовых средств навигации и ориентации.            

            Макетные, опытные и промышленные образцы разного класса рагияаппаратов в 21 веке станут реальностью

                                                                              Список использованных источников:            

                                               1. Г. Эберт. Краткий справочник по физике, Изд-во ФМЛ, М. 1963.

                                               2. Алексеев К.Б., Бебенин Г.Г. Управление космическим летательным аппаратом, Машиностроение, 1964.

                                               3. Агарёв В.А. Направления работ Интернет-НИИ «Рагиянавтика». Интернет.

                                                                  

         Внимние! Читатели сайта приглашаются обсудить очевидные и невероятные задачи рагиянавтики. Все предложения и рекомендации, способствующие практической реализации этих задач будут опубликованы на страницах Интернет-НИИ «Рагиянавтика».

         Уважаемый, Читатель! Впиши свое имя в историю развития рагиянавтики!

© В.А. Агарёв, 2006                                                                                                        

                     

 

                                                             Украина, 02160, Киев-160, а/я 2, Агарёву В.А., Тел д.: (044) 559-31-34,

                                                                                                             Тел. Моб.: 80662339867, Гостевая книга   13124648

                                                      Интернет-НИИ «Рагиянавтика»   agarev2@mail.ru

          Доброго вам здоровья и успехов, читатель!        

     Все ваши предложения и замечания с благодарностью будут приняты.

  Приглашаем к сотрудничеству!  htm

  Для приобретения или издания сборников «Рагиянавтика-наука 21 века»

или «Очевидные и невероятные задачи рагиянавтики»

необходим заказ или договор:  mailto:agarev2@mail.ru

В заказе указать: 1. ФИО или организацию.

2. Почтовый адрес с индексом.

  3. Телефон для подтверждения заказа.

Диск высылается наложенным платежом на почтовое отделение.  С кратким содержанием первого сборника можно

                                                                                                 познакомиться по адресу:  htm