MORŚWIN

ulotka (PDF)

System Głębinowy Morświn                                                               

 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 MORSWIN

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

  1.  

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 MORSWIN

Pojazd głębinowy jest elementem ruchomym systemu głębinowego zanurzanym w  czasie wykonywania misji głębinowej. W jego skład wchodzą następujące podsystemy:

  1. Urządzenia nawigacyjne
  2.  Komputer pokładowy z urządzeniami transmisji danych
  3.  Układ napędowy
  4.  Układ zasilający
  5. 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 Morswin

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 Morswin

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

  1. 1

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.

  1.   Ramię do unieruchamiania pojazdu względem obiektu podczas pracy
  2.   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:

  1. Uchwyt ładunku Toczek A. 
  2. Winda ładunku Toczek A
  3. Manipulator ładunku Toczek B i C
  4. Pojemnik ze sterownikiem urządzeń modułu