CC BY
13ВКВ0-2023- КАБЕЛИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ТИПОВ НАМОТКИ ОПТИЧЕСКОГО МИКРОКАБЕЛЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ КАТУШЕК ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ ПОДВОДНЫМ АППАРАТОМ
Иванов С.Д., Шилин М.М. *
АО «Концерн «Морское подводное оружие - Гидроприбор», г. Санкт-Петербург * E-mail: shilin.m.m@mail.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-42-43
Развитие оптических технологий в секторе телекоммуникаций определило применение волоконно-оптических линий связи в повседневной жизни. Однако их использование в военной технике, в частности в сфере телеуправления подводными аппаратами (ПА), сопряжено с рядом проблем, связанных со специальными условиями применения. Оптический кабель должен иметь минимальный диаметр (поскольку, чем меньше диаметр, тем большую длину кабеля можно разместить в ограниченных объёмах ПА), быть устойчив к длительному воздействию морской воды, к воздействию внешнего гидростатического давления (в том числе в намотанном в бобину виде), обеспечивать оптическую целостность и низкие показатели затухания при размотке как на малых (-1^2 м/с), так и на больших скоростях (-25^30 м/с). Таким требованиям соответствует разработанный ОАО «ВНИИКП» оптический микрокабель (ОМК) из трёх оптических волокон (ОВ) в плотном буферном покрытии из полиакрилата, изготавливаемый с применением технологии УФ-отверждения буферного слоя, являющегося и наружной оболочкой [1].
Последнее требование к ОМК, связанное с размоткой, в большой степени зависит от технологии его намотки в бобину. Используемая при создании серийных катушек телеуправления (ТУ) технология намотки электрического провода не учитывает особенностей ОВ, таких как микроизгибы, отличающиеся от провода радиусы намотки, материал оболочки ОМК и т.д. Технология намотки должна с одной стороны обеспечивать минимальное натяжение ОМК при его смотке и максимальный коэффициент заполнения ОМК в катушке, а с другой - устойчивость намотанной бобины к ударным и вибрационным воздействиям. Согласно результатам исследований [2, 3] о влиянии формы катушки на возникающие силы, было определено, что большие нагрузки в месте схода кабеля вызывают усилия в волокне. Это приводит к большим внутренним напряжениям, а, следовательно - к изменению коэффициентов преломления, увеличению затухания оптического сигнала и в пределе - к полной его потере [4]. При намотке кабеля приходится прилагать определённое продольное усилие для преодоления изгибной жёсткости кабеля и обеспечения необходимой плотности намотки, предотвращающей пересечение кабеля в ряду с нижележащим слоем. В случае таких пересечений возникают дополнительные напряжения, что приводит к рассеянию оптического излучения. Следовательно, при формировании катушки могут возникать условия, приводящие к потере сигнала.
По результатам предварительной проработки были выбраны три технологии, наиболее учитывающие особенности применения ОВ:
- рядная цилиндрическая намотка (Рис. 1а);
- ракетная намотка (Рис. 1б);
- наружная каркасная намотка (Рис. 1в).
Рис.1. Схема катушки ТУ с намотанным ОМК по трём технологиям намотки: а) рядная цилиндрическая намотка; б) ракетная намотка; в) наружная каркасная намотка
ВКВО-2023- КАБЕЛИ
Сверху на корпусе катушек на рис. 1 обозначен оптоэлектронный приёмо-передающий модуль (ОЭППМ), который преобразует сигнал из оптического в электрический и обратно, для взаимодействия с аппаратурой подводного аппарата.
Рядная цилиндрическая намотка основана на технологии, применяемой при создании серийных катушек ТУ с электрическим проводом, но учитывает конструктивные параметры ОМК. Особенностями такой намотки являются наличие связующего вещества, требующегося для удержания витков ОМК между собой, поскольку катушка является бескаркасной; неравномерное усилие отрыва витков от бобины при смотке ОМК и «опасные» радиусы изгиба ОМК.
Ракетная намотка предполагает формирование бобины путём намотки витка на виток, т.е. происходит увеличение диаметра каждого последующего витка по отношению к предыдущему. Так происходит до тех пор, пока ОМК не достигнет максимального диаметра. После чего податчик переходит к следующему ряду и наматывает ОМК с последовательным уменьшением диаметра намотки. Такая схема позволяет при размотке изгибаться кабелю лишь один раз под углом, близким к 90°, что исключает возможность подхлёстывания, т.е. отрыва нескольких витков сразу за счёт зацепления одним витком другого. Ракетная намотка также требует связующего вещества, но обеспечивает «безопасные» радиусы изгиба ОМК и более равномерное усилие отрыва витков от бобины при смотке ОМК.
Наружная каркасная намотка разрабатывалась при выполнении ОКР «Штурвал-2-ОКО-Т» [5]. Она не требует связующего вещества, поскольку намотка осуществляется на каркас в виде «грибка», устанавливаемый внутрь корпуса катушки ТУ. Витки ОМК не отрываются друг от друга, а плавно сходят, ввиду отсутствия связующего. Однако при выполнении выше обозначенных работ не была подтверждена возможность скоростной размотки в водной среде.
Для исследования скоростной размотки ОМК был разработан размоточный стенд (рис. 2), имитирующий размотку ОМК при движении подводного аппарата, обеспечивающий плавное изменение линейной скорости схода ОМК с катушки в диапазоне от 0 до 30 м/с.
Во время размотки контролируется изменение коэффициента затухания сигнала в ОМК и количество отправленной и принятой информации.
Катушка
Результаты размоточных испытаний на стенде и в натурных условиях с использованием
подводного аппарата будут представлены в докладе.
Литература
1. Овчинникова И.А. и др. Исследование работоспособности оптических микрокабелей в условиях длительного воздействия морской воды, Наука и техника, №1(398), 19-24 (2023)
2. Свинцов А.Г. ВОСП и защита информации, Фотон-Экспресс, №1, 34-38 (2009)
3. Lea R.K., Allen R., Merry S.L. A comparative study of control techniques for an underwater flight vehicle, International Journal of Systems Science, N 9 (30), 947-964 (1999)
4. Лопарёв В.А., Шилин М.М. Катушка телеуправления высокоскоростного подводного аппарата с волоконно-оптической линией связи, Труды XXXVII отраслевой научно-технической конференции молодых специалистов «МПО-МС-2018», 13-17 (2019)
5. Ларин Ю.Т. и др. Волоконно-оптическая линия передачи информации для телеизмерений и управления движущимися объектами, Фотон-экспресс, №6(54), 57-62(2005)
