CC BY
4УДК 629.512
Ю.В. Суханов, А.В. Кабонен, К.В. Бетелев
Петрозаводский государственный университет, Петрозаводск, 185910 e-mail: [email protected]
БЕСПИЛОТНАЯ ПЛАВУЧАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ПРИБРЕЖНЫХ АКВАТОРИЙ
В работе рассматривается конструкция беспилотного катамарана, который проектируется как платформа для размещения оборудования, позволяющего проводить исследования прибрежных акваторий и других водных экосистем. Использование электропривода позволяет отказаться от небезопасного с экологической точки зрения двигателя внутреннего сгорания, а два гребных винта дают возможность повысить маневренность и отказаться от руля. Отличительной чертой конструкции является мобильность и компактность, которая достигается за счет разборной конструкции и надувных корпусов катамарана.
Ключевые слова: беспилотный катамаран, платформа для исследований, электропривод, разборная конструкция, надувные корпуса.
Yu.V. Sukhanov, A.V. Kabonen, K.V. Betelev
Petrozavodsk State University,
Petrozavodsk, 185910 e-mail: [email protected]
UNMANNED FLOATING PLATFORM TO RESEARCH THE STATE OF COASTAL WATERS
The paper considers the design of an unmanned catamaran, which is designed as a platform for placing equipment that allows conducting research of coastal waters and other aquatic ecosystems. The use of an electric drive makes it possible to abandon the environmentally unsafe combustion engine, and two propelling screw make it possible to increase maneuverability and not use the rudder in the design. A distinctive feature of the design is mobility and compactness, which is achieved due to the quick-assembly structure and inflatable catamaran hulls.
Key words: unmanned catamaran, research platform, electric drive, quick-assembly structure, inflatable hulls.
Российская Федерация имеет одну из самых длинных береговых линий в мире, которая омывается водами трех океанов, а на территории России находятся миллионы рек и озер. Многие водные акватории активно задействованы в хозяйственной деятельности человека. Одной из важнейших задач природоохранной деятельности является мониторинг экологического состояния водных объектов, без которого невозможна охрана и рациональное использование водных ресурсов. Для решения задачи экологического оздоровления водных объектов в России с 2025 г. планируется запустить новый единый федеральный проект в рамках национального проекта «Экология» [1].
Несмотря на активное развитие новых дистанционных технологий мониторинга состояния водных объектов, в том числе с использованием космических спутников, авиации и беспилотных летательных аппаратов, и появление современных компьютерных аналитических инструментов с задействованием ГИС-технологий и даже искусственных нейронных сетей, достоверную информацию об экологии объекта невозможно получить без полевого проботбора. Однако точки для отбора проб могут находиться в труднодоступной местности далеко друг от друга. Кроме того, перемещение между точками отбора проб может потребовать продолжительного времени, специального транспорта для перемещения как по водному объекту, так и по пересеченной местности, а значит, будет достаточно дорогим мероприятием.
XV Национальная (всероссийская) научно-практическая конференция
В настоящее время беспилотные решения начинают применяться в различных областях народного хозяйства, развиваются как беспилотные летательные аппараты, так и колесная и гусеничная техника. Ведется активная работа по внедрению беспилотных технологий и в судостроении [2, 3]. После решения технических вопросов безопасности беспилотного судоходства и юридических вопросов использования беспилотных судов [4, 5] данные технологии перейдут со стадии тестирования и экспериментов на стадию промышленной эксплуатации.
В Петрозаводском государственном университете начата работа над беспилотной плавающей платформой, позволяющей в будущем монтировать на ней различное оборудование для экологического мониторинга водных экосистем, включая отбор точечных проб воды, как с поверхности, так и с определенной глубины, температуры и мутности воды, скорости течения воды, распознавания подводной обстановки и рельефа эхолотом, подводная видеосъемка погружаемой камерой и т. д.
Беспилотная платформа представляет собой катамаран с двумя надувными корпусами-баллонами. Корпуса соединяются алюминиевыми балками, на которых располагается площадка для установки оборудования, размещения аккумуляторов и системы управления. Конструкция выполнена быстроразборной, что дает возможность в считанные минуты разобрать платформу на несколько частей (рис. 1). После сдувания баллонов платформа может располагаться в станковом рюкзаке, что позволяет перевозить ее не только на авто-, мототранспорте, но и перемещать ее пешком или на велосипеде.
Рис. 1. Внешний вид проектируемой платформы
Баллоны катамарана выполнены из ПВХ плотностью 600 г/м2 по технологии обычных надувных лодок. На каждом из баллонов приклеены 4 уключины для весел, штоки которых вставляются в отверстия балок и фиксируются стопорными гайками, что и обеспечивает соединение конструкции. Также штоки уключин фиксируют площадку с надстройкой. В каждом баллоне установлен клапан для надувания и сдувания от ножного или электрического насоса. Из дополнительной фурнитуры используются ручки для удобного переноса и швартовки катамарана (рис. 2).
Рис. 2. Надувные баллоны катамарана и их соединение с балкой
В конструкции применяется алюминиевый профиль прямоугольного сечения для соединяющих баллоны балок и консолей крепления электромоторов. Консольное крепление электромоторов позволяет регулировать глубину погружения винтов в зависимости от нагрузки платформы и акватории плавания. Площадка для установки оборудования, размещения аккумуляторов и системы управления выполняется из листового полипропилена толщиной 5 мм. Надстройка формуется из стекловолокна.
Катамаран приводят в движение два трехлопостных гребных винта диаметром 80 мм, имеющих кольцевые насадки для повышения эффективности работы и безопасности эксплуатации судна. Каждый винт приводится от своего электродвигателя, причем они имеют разные направления вращения - один по часовой, а другой против часовой стрелки. Напряжения питания электродвигателей винтов 24 В. Применение двух винтов решает сразу несколько проблем: во-первых, позволяет заметно повысить маневренность, так как при работе одного винта на передний ход, а другого на задний судно разворачивается практически на месте; во-вторых, такая конструкция позволяет отказаться от руля или устройства поворота винта, а значит, упрощая конструкцию, делает ее более надежной.
Использование в конструкции электропривода предотвращает попадание ГСМ и выхлопных газов в окружающую среду, а также значительно снижает шумность. Это позволяет использовать платформу на территории особо охраняемых природных территориях. Для повышения автономности можно применять два комплекта аккумуляторов - пока один комплект установлен на платформе, другой комплект аккумуляторов может заряжаться от сети или в полевых условиях от прикуривателя автомобиля.
В настоящее время ведется работа по сборке системы управления катамараном и созданию надстройки. Авторы планируют испытать платформу на воде в навигационном сезоне 2024 г.
Развитие беспилотных решений, в том числе для проведения экологического мониторинга, должно в будущем упростить и удешевить сбор данных, а значит позволит успешней решать задачи сохранения водных богатств России.
Литература
1. Меркулова О. Единый водный проект с 2025 года охватит все регионы России [Электронный ресурс] // Пресс-служба ФГБУ «РФИ Минприроды». 10 ноября 2023. - URL: https://rfi.mnr.gov.ru/news/industry-news/edinyy-vodnyy-proekt-s-2025-goda-okhvatit-vse-regiony-rossii (дата обращения: 2024.02.10)
2. Ривкин Б.С. Беспилотные суда. Навигация и не только // Гироскопия и навигация. - 2021. Т. 29, № 1 (112). - С. 111-132.
3. Данилов О.О., Каретников В.В., Косяк Я.В. К вопросу развития беспилотных технологий в области водного транспорта // Символ науки. - 2019. - № 4. - С. 35-38.
4. Козлова Е.Е., Залипаева Е.А. Электронная навигация на море // Евразийский Союз Ученых. - 2019. - № 8-2 (65). - C. 35-36.
5. Королева ВД., Юрченко Д.А. Использование беспилотных морских судов: правовые аспекты и перспективы развития // Океанский менеджмент. - 2023. - № 4 (22). - C. 25-27.
