Charakterystyka ogólna systemu Morświn
System głębinowy MORŚWIN przeznaczony jest do wykonywania wszystkich typów prac obserwacyjnych i mapowania dna za pomocą urządzeń sonarowych oraz lekkich prac manipulacyjnych związanych z rozpoznaniem dokumentacją i niszczeniem obiektów niebezpiecznych na morskich na akwenach o głębokości od 5 do 200 m. Otwarta konstrukcja pojazdu głębinowego uzupełniona o dodatkowe moduły robocze pozwala na łatwe prowadzenie przeglądów i obsługi oraz dostosowanie systemu do wykonywania specjalistycznych prac. System Morświn jest rozwinięciem koncepcji systemu Ukwiał wykraczającym poza zakres modernizacji.
Geneza przyjętej konfiguracji systemu Morświn
System przeciwminowy ze zdalnie sterowanym pojazdem głębinowym typu Ukwiał zaprojektowany został w roku 1995 do niszczenia min morskich z odległości 300 m od okrętu niszczyciela min za pomocą przenoszonych ładunków wybuchowych. Projekt oparto również na założeniu, że pojazd głębinowy będzie stosunkowo mały i tani w porównaniu z używanymi w połowie lat dziewięćdziesiątych pojazdami typu PAP 105 (Francja), Pinguin (Niemcy), Double Eagle (Szwecja) i MNS (USA).
W założeniach dla pojazdu Ukwiał przewidziano, że działania przeciwminowe prowadzone będą na akwenach gdzie prędkość prądów morskich nie przekracza 0,5m/s. Konfiguracja systemu Ukwiał pozwala na wykonywanie zadań na odległości do 400 m od okrętu, ale przy średnim prądzie nie przekraczającym 0,25m/s. Początkowo pojazd o masie 120 kg przeznaczony był do przenoszenia ładunku typu Toczek B o masie 10 kg. Następnie bez zmieniania gabarytów pojazd został przystosowany do przenoszenia i układania ładunku Toczek A o masie 50 kg. Spowodowało zwiększenie jego masy własnej do 170 kg. Dziesięcioletnie doświadczenia eksploatacyjne potwierdziły zasadność przyjętych założeń. Zgodnie z dostępną wiedzą, za pomocą pojazdów typu Ukwiał wykonano większość zleconych zadań. Potwierdza to celowość uzbrojenia okrętów w pojazdy wielokrotnego użytku zasilane i sterowane z użyciem kabla jako istotnego komponentu wyposażenia wspieranego w działaniach rozpoznawczych pojazdami autonomicznych i pojazdami jednorazowego użytku podczas niszczenia obiektów niebezpiecznych.
Na podstawie dostępnych, chociaż nie zawsze udokumentowanych informacji, zidentyfikowano następujące czynniki ograniczające efektywność pracy sytemu Ukwiał:
- Brak możliwości wykonywania zadań w prądzie morskim silniejszym niż 0,25 m/s,
- Brak uchwytu pozwalającego na mocowanie ładunku Toczek C na linach i łańcuchach kotwicznych min,
- Brak manipulatora pozwalającego na podnoszenie przedmiotów z dna,
- Trudności w odnajdywaniu celów wynikające z powolnej pracy stacji hydrolokacyjnej ze skaningiem elektronicznym.
- Brak kamery patrzącej do tyłu,
- Brak możliwości obracania kamery nawigacyjnej na boki,
- Słabe oświetlenie pola pracy manipulatora ładunku niszczącego Toczek A.
Przystosowanie do pracy w prądzie i płynięcia przed okrętem
Zwiększenie możliwości pracy w prądzie i umożliwienie pływania przed płynącym okrętem jest zasadniczym celem modyfikacji Systemu Ukwiał do poziomu Morswin. Dla zapewnienia minimalnej sterowności, okrętowi wykonującym zadania polegające na wykrywaniu i identyfikacji i neutralizacji zagrożeń, konieczne jest zapewnienie możliwości pływania w odległości 300 m przed okrętem z prędkością minimum 3 węzłów. Wymaga to zapewnienia naporu do przodu minimum 3000 N przy prędkości 1,5 m/s czyli około 4000 N naporu przy prędkości zerowej. Wymaga to zwiększenia mocy zespołów napędowych 20 kW i uwzględnienia dalszego zwiększenia strat mocy w pępowinie.
Zasięg pojazdów o różnej mocy ograniczony długością pępowiny w funkcji prędkości prądu
Zwiększenie długości pępowiny do 1000 m (Ukwiał M1) umożliwia pracę w prądzie o prędkości zwiększonej do 0,5 m/s. Jest to najbardziej efektywna metoda polepszenia własności ruchowych pojazdu. Dwukrotne zwiększenie mocy pędników pozwala na pracę w prądzie do 1m/s. Pięciokrotne (MORSWIN) zwiększenie mocy zespołów napędowych, pozwala na pracę w prądzie poprzecznym o prędkości ponad 1 m/s, a nawet płynięcie pojazdu do 300 m przed okrętem z prędkością ponad 1,75 m/s (ponad 3 węzły) na głębokości 50 m. Gdy pojazd płynie na głębokości 175 m wyprzedzenie 300 m możliwe jest przy prędkości 1,5 m/s (nieco mniej niż 3 węzły). Przyjmując zasięg akustycznej klasyfikacji obiektów za pomocą sonaru ze skaningiem elektronicznym na ok. 30 przed pojazdem, odległość okrętu od potencjalnie niebezpiecznego obiektu może być nie mniejsza niż 300 m co uznaje się za odległość bezpieczną.
Zestaw systemu głębinowego Morświn
System głębinowy MORŚWIN składa się z elementów wymienionych w tabeli:
|
Lp |
Element systemu |
|
|
Konsola Operatora |
|
2. |
System nawigacyjny z miernikiem prędkości prądów morskich |
|
3. |
Zasilacz pojazdu |
|
4. |
Pępowina |
|
5. |
Zwijarka pępowiny |
|
6. |
Uchwyt wodujący |
|
7. |
Pojazd głębinowy |
|
8. |
Moduł rozpoznawczy |
|
9. |
Moduł manipulacyjny |
|
10. |
Moduł niszczący |
Parametry techniczne systemu głębinowego MORŚWIN
Konsola Operatora
Konsola złożona z modułów przygotowanych do przenoszenia i montażu na stałe lub w improwizowanych stanowiskach dowodzenia. Dane i obrazy niezbędne do sterowania pracą systemu prezentowane na wspólnym monitorze o wysokiej rozdzielczości
Zasilacz pojazdu głębinowego
Wymiary (Szerokość x Głębokość x Wysokość): 0,600 x 0,600 x 0,600m
Masa zasilacza 200 kg
Zabezpieczenia: Transformator izolujący
Monitor stanu izolacji pępowiny
Monitor stanu izolacji pojazdu
Napięcie wyjściowe 3000V
Częstotliwość 400-600 Hz
Moc wyjściowa 30 kW
Pępowina
Długość: 1000m
Średnica: 13,6mm
Masa: 300 kg
Masa z bębnem transportowym 400 kg
Pływalność: w wodzie słodkiej: - 150N/km
w wodzie o zasoleniu 3% (1,026kg/dm3): - 100N/km
Minimalny promień gięcia statyczny: 100 mm
Minimalny promień gięcia dynamiczny: 150mm
Siła zrywająca: 12000N
Zwijarka pępowiny
Zwijarka z napędem elektromechanicznym
Wymiary (Szerokość x Głębokość x Wysokość): 1,400 x 1,600x 1,600m
Pojemność bębna: 1000 m kabla o średnicy 13,6mm
Uciąg maksymalny 3000 N
Prędkość zwijania i rozwijania: regulowana od 0 do 1m/s
Tryby pracy z regulacją prędkości
z regulacją napięcia
Zasilanie: 50Hz, 3x380V, 6kW
Masa: 300 kg
Pojazd głębinowy
Głębokość robocza: 200 m
Zasięg poziomy: 200 – 400m (zależnie od głębokości i warunków hydrologicznych)
Wymiary zewnętrzne
Długość: 1,5 m
Szerokość: 0,72 m
Wysokość: 0,72 m
Wysokość z modułem roboczym 0,90 m
Masa pojazdu
Masa pojazdu podstawowego 200kg
Masa pojazdu z modułem roboczym 240kg
Masa pojazdu z modułem roboczym i Toczkiem A 300kg
Własności ruchowe
Stopnie swobody : 4, stateczność ciężaru
Liczba pędników: 4 pędniki napędowe 5 kW
2 pędniki pionowe 1 kW
Napór pojedynczego pędnika (N): 1000N
Napór maksymalny do przodu (N): 3800N dla prędkości 0 m/s
Napór maksymalny na boki (N): 3000N
Napór maksymalny w pionie (N): 400 N
Prędkość maksymalna do przodu 2 m/s
Prędkość maksymalna na boki 1 m/s
Prędkość maksymalna w pionie 1 m/s
Charakterystyki elementów systemu Morświn
Konsola Operatora
Dla konsoli operatora pojazdy przewidziano wysoki stopień integracji sprzętowej i integracji przetwarzania danych w celu umożliwienia sterowania ruchem pojazdu i jego podstawowymi funkcjami przez jedną osobę. W celu realizacji dodatkowych funkcji do konsoli dołączane są dodatkowe moduły.
Konsolę Operatora stanowią:
- Pulpit sterowniczy
- Monitor ekranowy
- Komputer sterowniczy
- Zasilacz
Z pojazdem głębinowym konsola połączona jest kablem światłowodowym.
Komputer sterowniczy zamontowany w Konsoli Operatora połączony jest z siecią Okrętową opartą o standard Ethernet.
System nawigacyjny do wyznaczania pozycji pojazdu głębinowego
Hydroakustyczny system nawigacyjny przeznaczony jest do wyznaczania chwilowej pozycji pojazdu głębinowego względem przetwornika pomiarowego. Przetwornik pomiarowy (antena) zamontowany jest na okręcie. Układ pozwala na wyznaczanie chwilowej pozycji pojazdu względem okrętu z dokładnością
Zasilacz pojazdu głębinowego
Zasilacz pełni następujące funkcje:
- Podnosi napięcie zasilające 3 x 380V do napięcia nominalnego 1 x 3000V.
- Izoluje galwanicznie obwód obejmujący pępowinę i pojazd głębinowy od instalacji okrętowej.
- Monitoruje stan izolacji obwodów obejmujący pępowinę i pojazd głębinowy od instalacji okrętowej
- Monitoruje poziom prądów różnicowych między przewodami wyjściowymi Pomiaru stanu izolacji obwodu zasilającego pojazdu po wtórnej stronie transformatora dokonuje monitor stanu izolacji
- W przypadku obniżenia oporności izolacji poniżej wartości ustalonej odłącza zasilanie przetwornicy częstotliwości.
- W przypadku przekroczenia ustalonej wartości prądów różnicowych lub napięcia odłącza zasilanie przetwornicy częstotliwości.
Zasilacz pojazdu
Pojazd głębinowy zasilany jest prądem zmiennym o częstotliwości 400 Hz - 600Hz i napięciu 3000V. Ma to na celu zredukowanie prądów w pępowinie. Na pojeździe znajduje się transformator obniżający napięcie do 220V. Zespoły napędowe zasilane są napięciem stałym 280V. Część energii transformowana jest w przetwornicach impulsowych w celu dostosowania do wymagań urządzeń zasilanych prądem o niższym napięciu. Układ zasilający
Transformator zbudowany jest na rdzeniach zwijanych. Uzwojenie pierwotne nawinięte jest pod uzwojeniem wtórnym. Uzwojenia pierwotne i wtórne transformatora są całkowicie odizolowane.
Pępowina
Pępowina stanowi fizyczne połączenie między pojazdem głębinowym a okrętem oraz konsolą operatora i zasilaczem pojazdu. Pępowina o długości 1000 m nawinięta jest na bęben zwijarki pępowiny. Pępowina zawiera włókna światłowodowe, przewodniki elektryczne oraz element nośny w postaci oplotu z włókna Vektran. Przestrzenie pomiędzy komponentami wypełnione są włóknem polipropylenowym obniżającym średnią gęstość konstrukcji. Na zewnętrzną powierzchnię oplotu nośnego nałożona jest powłoka z gumy termoplastycznej. Niska gęstość tego materiału zmniejsza ciężar pępowiny w wodzie. W wodzie oceanicznej pępowina ma pływalność zbliżoną do obojętnej.
Zwijarka pępowiny
Zwijarka przeznaczona jest do przechowywania wydawania i zwijania pępowiny o długości 1000m. Ze względu na obciążenia siłami do 3000 N, jakie występują podczas pracy w prądzie o prędkości 1,5 m/s,zwijarka złożona jest z zespołu wydająco-naciągowego w postaci kabestanu oraz zwijarki wybierającej na bęben luz kabla wynikający z pracy zespołu wydająco-naciągowego. Proces zwijania i rozwijania pępowiny usprawniono, przez wbudowanie funkcji windy z regulowanym naciągiem co pozwala na nastawienie siły, przy której kabel jest odwijany przez ciągnący pępowinę pojazd głębinowy. Jeżeli pojazd przestanie się oddalać pępowina pozostaje naciągnięta jeżeli nie zostanie nastawiona siła zerowa. Pojawiający się luz pępowiny będzie automatycznie wybierany. Po przełączeniu trybu pracy windy na sterowanie prędkością możliwe jest zwijanie i rozwijanie kabla zgodnie z wolą operatora.
Rozwiązanie pozwala na automatyzację procesu układania pępowiny na bębnie i rezygnację z konieczności nadzoru nad procesem układania pępowiny na bębnie zwijarki. Bęben windy i połączenie bębna i z korpusem i zespołem napędowym wykonany jest w sposób pozwalający na wymianę bębna w nawiniętym kablem bez konieczności jego przewijania.
Obrotowe złącze elektro-optyczne zabudowane jest w osi bębna kablowego. Pozwala ono na zasilanie pojazdu głębinowego w czasie obracania bębna windy kablowej. Złącze wykonane jest w postaci zamkniętego bloku.
Uchwyt wodująco-podnośny
Dla ułatwienia czynności wydawania i podnoszenia pojazdu z wody stosowany jest uchwyt zapewniający wodowanie i podniesienie pojazdu bez konieczności używania haka żurawia okrętowego. Uchwyt zawieszany jest na haku żurawia okrętowego.
Uchwyt o masie około 100 kg po zanurzeniu na pewną głębokość pod powierzchnię wody zabezpiecza pępowinę przed zassaniem przez pędniki podczas dynamicznego pozycjonowania oraz zmniejsza siły w pępowinie podczas wykonywania zadań rozpoznawczych przed płynącym okrętem.
Pojazd głębinowy Morświn
Pojazd głębinowy jest elementem ruchomym systemu głębinowego zanurzanym w czasie wykonywania misji głębinowej. W jego skład wchodzą następujące podsystemy:
- Urządzenia nawigacyjne
- Komputer pokładowy z urządzeniami transmisji danych
- Układ napędowy
- Układ zasilający
- Rama nośna i pojemniki ciśnieniowe
Pojazd ma konstrukcję otwartą z ramą zewnętrzną, w której zawieszone są pojemniki ciśnieniowe i elementy innych podsystemów. Otwarta konstrukcja pojazdu w połączeniu z wysokosprawnym systemem sterowniczym i linią transmisji informacji pozwala ułatwia obsługę i sprawdzanie systemu oraz w razie potrzeby daleko idące modyfikacje pojazdu w celu jego przystosowania do specyfiki zadań wykonywanych w czasie misji głębinowej.
Podstawowe urządzenia obrazujące pojazdu Morświn
|
LP |
Rodzaj urządzenia |
Producent urządzenia |
Typ urządzenia |
Parametr |
| 1 |
Sonar czołowy elektroniczny |
Blue view (USA) |
Blueview 900-120 |
Rozdzielczość/ zasięg 0,2º/60m |
| 2 |
Kamera TV o wysokiej czułości |
Kongsberg (N) |
OE13-124 |
5 x 10-5 Lux 400TVL |
| 3 |
Kamera TV nawigacyjna kolorowa |
ZTG CMTM |
TVC-700-01 |
Rozdzielczość 700 linii |
| 4 |
Kamera TV nawigacyjna wsteczna monochromatyczna |
ZTG CMTM |
TVM-500-01 |
Rozdzielczość 500 linii |
Podstawowe urządzenia nawigacyjne pojazdu Morświn
|
LP |
Rodzaj urządzenia |
Producent urządzenia |
Typ urządzenia |
Parametr |
| 1 |
Głębokościomierz |
Heller |
||
| 2 |
Kompas magnetyczny |
Honeywell |
HMR3000 |
Dokładność pomiaru kątów 1,0º |
| 3 |
Wysokościomierz hydroakustyczny |
CMTM |
W200 |
Dokładność pomiaru odległości 1,2 cm/s, zasięg 50m |
| 4 |
Transponder/ responder systemu nawigacyjnego |
CMTM |
- |
Częstotliwość 30 kHz, Moc impulsu 80 W |
| 5 |
Sygnalizacyjna lampa błyskowa |
CMTM |
- |
- |
Log Dopplera i platforma inercyjna
W celu zapewnienia wysokiej dokładności nawigacji lokalnej pojazd Morświn wyposażony jest w dodatkowe urządzenia wymienione w poniższej tabeli. Ich działanie pozwala na dokładną integrację przestrzenną obrazów sonarowych i telewizyjnych oraz umożliwia działanie sonaru z syntetyczną apreturą.
|
LP |
Rodzaj urządzenia |
Producent urządzenia |
Typ urządzenia |
Parametr |
| 1 |
Platforma inercyjna |
Ixea (Francja) |
Phins |
Dokładność pomiaru kątów 0,01º |
| 2 |
Log hydroakustyczny |
RDI (USA) |
Explorer |
Dokładność pomiaru prędkości 1,2 cm/s |
Moduły robocze pojazdu podwodnego
Moduły zaprojektowane są w oparciu o założenie, że pojazd wyposażony jest stale w podstawowe urządzenia napędowe, sterujące nawigacyjne oraz telewizyjne kamery nawigacyjne. Pojazd może wykonywać podstawowe prace obserwacyjne.
Wymiary modułu roboczego: długość x szerokość x wysokość 1500 x 720 x 200 mm
Masa modułu z wyposażeniem i balastem wyrównującym wynosi 60 kg.
Moduł rozpoznawczy
W tabeli zestawiono urządzenia, które rozważane są jako wyposażenie modułu obserwacyjnego.
|
LP |
Rodzaj urządzenia |
Producent urządzenia |
Typ urządzenia |
Parametr |
| 1 |
Sonar boczny |
Klein (USA) |
3500 side scan |
10 cm |
| 2 |
Echosonda wielowiązkowa |
Blueview (USA) |
MB1350-45 |
0,2º/10m |
| 3 |
Profiler osadów dennych |
Tritech Int. (UK) |
Echosonda parametryczna |
9cm/40m |
| 4 |
Miernik prędkości dźwięku |
Applied Microsystems, Inc. (USA) |
SV |
0,025 m/s |
| 5 |
Czujnik środowiskowy |
Alec electronic Co Ltd (Japonia) |
AAQ1183 |
Patrz tabela poniżej |
W przypadku konieczności zwiększenia wydajności sytemu przewiduje się zamontowanie następujących urządzeń.
|
LP |
Rodzaj urządzenia |
Producent urządzenia |
Typ urządzenia |
Parametr |
|
Czołowy sonar obrazujący dalekiego zasięgu |
Reson (DK) |
Sea bat 7128 |
Zasięg 200m |
|
|
Echsonda wielowiazkowa |
Reson (DK) |
Sea bat 7125 |
Zasięg do 500m |
|
|
Sonar boczny z syntetyczna apreturą |
Atlas (UK) |
Vision 600 |
Rozdzielczość wzdłużna 2,5 cm |
|
Magnetometr holowany |
Fisher (USA) |
Proton 4 |
Czułość1nT |
Moduł manipulacyjny
Moduł manipulacyjny wyposażony jest w dwa ramiona manipulacyjne.
- Ramię do unieruchamiania pojazdu względem obiektu podczas pracy
- Ramię robocze pozwalające na wykonywanie złożonych czynności manipulacyjnych.
Ponadto w module zamontowano układy sterownicze i zasilacze.
Ramię unieruchamiające pojazd ma 4 stopnie swobody, zasięg 700mm i siłę podnośną 900N. Do ramienia można zamontować szczeki o dużej rozwartości i dzięki temu podnosić duże przedmioty.
Ramię robocze manipulatora ma 5 stopni swobody przy sile podnośnej 250 N. Maksymalny zasięg ramienia wynosi 0,8 m.
Na manipulatorze roboczym zamontowano kamerę telewizyjną i lampę pozwalające na obserwowanie pola pracy manipulatorów.
Moduł do przenoszenia ładunków Toczek A, B i C
Moduł do przenoszenia ładunków Toczek A wyposażony jest w uchwyt ładunku Toczek A i windę do opuszczania ładunku do miny na taśmach o długości do 4 m. Moduł wyposażony jest w 2 lampy oświetlające pole pracy pod pojazdem oraz kamery telewizyjne pozwalające na precyzyjne układanie ładunku Toczek A przy minie. Do przenoszenia ładunków Toczek B moduł zawiera manipulator teleskopowy pozwalający na układanie ładunków przy minie z odległości 2,5m od pojazdu lub zawieszania na linie kotwicznej ładunku Toczek C w odległości 1m od pojazdu.
Manipulator złożony jest z modułu napędowego i wymiennych modułów funkcyjnych co pozwala na adaptacje manipulatora do różnych zadań
Elementy modułu do przenoszenia ładunków Toczek A, B i C:
- Uchwyt ładunku Toczek A.
- Winda ładunku Toczek A
- Manipulator ładunku Toczek B i C
- Pojemnik ze sterownikiem urządzeń modułu
