ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ТИПА СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ МОРСКИХ РОБОТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Введение

Проектирование и разработка морских робототехнических систем, предназначенных для решения широкого спектра задач, таких как мониторинг окружающей среды, дикой жизни, поисковые, спасательные и специальные операции, является весьма актуальной задачей [1, 2, 3]. Одним из основных элементов движительно- рулевого комплекса надводной робототехнической системы является двигательная установка, от которой зависят скоростные и мощностные показатели носителя. Помимо  большого  ресурса  и возможности реверсирования используемый двигатель должен обеспечивать высокую надежность и экономичность, которая определит время функционирование, а соответственно и размер области функционирования, всей роботизированной системы.

Обзор характеристик существующих типов двигателей

В настоящее время для морских систем используются двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины [4]. Чаще всего используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС), работающие на тяжелом топливе по циклу Дизеля. Они обладают наилучшей экономичностью из всех типов двигателей. Малооборотные дизельные ДВС используются как главные двигатели транспортных, промысловых и вспомогательных судов различных типов; их агрегатная мощность составляет 2,2—35 Мвт, число цилиндров 5—12, удельный эффективный расход топлива 210—215 г/(квт ч),частота вращения 103—225 об/мин.Среднеоборотные ДВС используются преимущественно в качестве главных двигателей судов среднего размера; их мощность достигает 13,2 Мвт, число цилиндров 6—20, эффективный расход топлива 205—210 г/(квтч), частота вращения 300—500 об/мин.Высокооборотные ДВС применяются в основном как главные двигатели на малых судах, а также в качестве вспомогательных двигателей на судах всех типов; их агрегатная мощность до 2 Мвт, число цилиндров 12—16, удельный эффективный расход топлива 215—230 г/(квтч),частота вращения свыше 500 об/мин [5].

Паровые турбины по степени распространѐнности несколько уступают ДВС; используются в качестве главных двигателей на крупных танкерах, контейнеровозах, газовозах и других судах, а также на судах с ядерной энергетической  установкой  [6,  7].  Применяются    также  как  вспомогательные  двигатели.  Мощность паротурбинных установок достигает 80 Мвт, удельный эффективный расход топлива 260 - 300 г/(квтч),частота вращения турбины 3000 - 4000 об/мин.

Газовые турбины в составе судовых двигателей применяются в основном в качестве главных двигателей на военных кораблях, транспортных судах на подводных крыльях и на судах на воздушной подушке. На судах используют газовые турбины индустриального типа, приспособленные для сжигания топлива тяжѐлых сортов и техобслуживания на борту судна, а также авиационные газовые турбины с редуктором. Мощность газотурбинных установок транспортных судов 0,07 - 14,5 Мвт, удельный эффективный расход топлива 285—330 г/(квтч), частота вращения турбины 5000 - 8000 об/мин [6, 7]. Перспективно применение газовых турбин мощностью 6-37 Мвтв качестве главных двигателей крупных судов с горизонтальным способом погрузки, паромов, судов ледового плавания и т. п., а также как вспомогательных двигателей.

Анализ преимуществ и недостатков различных ДВС для разрабатываемых роботизированных систем

В первую очередь известные двигатели были сравнены по критериям надежности, экономичности и простоте обслуживания. Результаты сравнения приведены на Рисунке 1.

Однако макет накладывает жесткие ограничения по размерам двигателя. Необходимо также учитывать и цену приобретения и последующего обслуживания силового агрегата. Сравнение по этим параметрам приведено в Табл.1.

Таблица 1

Здесь паровая и газовая турбина сильно проигрывают по причине высокой стоимости и больших размеров, что не позволит установить эти типы двигателей в ограниченное пространство макета автономного надводного корабля.

Выводы

По результатам проведенного анализа используемых двигателей для создания макета автономного необитаемого надводного аппарата может быть использован либо бензиновый, либо дизельный двигатель внутреннего сгорания. Эти решения отличаются высокой компактностью, экономичностью и надежностью, а также невысокой ценой.

Благодарности

Работа поддержана Министерством образования и науки РФ, НИР по государственному заданию ВУЗам и научным организациям в сфере научной деятельности (N 114041540005).

Список литературы

1.     Пшихопов В.Х. Суконкин С.Я., Нагучев Д.Ш., Стракович В.В., Медведев М.Ю., Гуренко Б.В., Костюков В.А., Волощенко Ю.П. Автономный подводный аппарат «СКАТ» для решения задач поиска и обнаружения заиленных объектов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2010. – № 3 (104). – С. 153-163.

2.     Пшихопов В.Х., Гуренко Б.В. Разработка и исследование математической модели автономного надводного мини-корабля «Нептун» // Инженерный вестник Дона. 2013. No4. URL: http://www.ivdon.ru/ru/ magazine/archive/n4y2013/1918

3.     Пшихопов В.Х., Медведев М.Ю. Синтез систем управления подводными аппаратами с нелинейными характеристиками исполнительных органов // Извести ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 3(116). – С. 147 – 156.

4.     Петровский Н. В., Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация. М.:Морской транспорт, 1966.

5.     Ржепецкий К.Л., Сударева Е.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1984.

6.     Слободянюк Л.И., Поляков В.И. Судовые паровые и газовые турбины и их эксплуатация. Л.: Судостроение, 1983.

7.     Верете А.Г., Дельвинг А.К. Судовые паровые и газовые энергетические установки 2-е изд. перераб. и доп. М.: Транспорт, 1990.