Радиоуправляемые подводные лодки: конструкция, управление и возможности

Введение

Модель подводной лодки, которой можно управлять по радиосвязи. Радиоуправляемая подводная лодка – это масштабная модель подводной лодки, управляемая по радиосвязи. Чаще всего такие модели используют любители. Они могут варьироваться от недорогих игрушек до сложных проектов с использованием современной электроники. Океанографы и военные также используют радиоуправляемые подводные лодки.

Радиопередача через воду

По мере увеличения проводимости среды, радиосигнал, проходящий через неё, подвергается большему затуханию. Высокие частоты также затухают сильнее, чем низкие, и больше склонны к отражению от поверхности воды. Как известно, связь с военными подводными лодками использует очень низкочастотное электромагнитное излучение по этой причине. Военные частоты значительно ниже выделенных для любительского радиоуправления, но самые низкие любительские диапазоны, обычно около 27 МГц / 40 МГц, могут проникать в воду на небольшие расстояния, как правило, менее 45 метров. Проникновение на этих частотах легче в пресной воде, но затруднено или невозможно в морской воде. Современные радиоуправляемые системы, использующие диапазон 2,4 ГГц, очень плохо проникают в воду и поэтому не используются серьезными дайверами. Для работы подводной радиосвязи, даже на этих частотах, принимающая антенна должна быть полностью изолирована от окружающей воды. Пластиковая изоляция провода обеспечивает достаточную изоляцию – антенну не обязательно помещать в герметичный контейнер, но срез провода должен быть герметично закрыт от попадания воды. В зависимости от условий в воде, надежное управление может поддерживаться на глубине до 3 метров. Поскольку управление моделями подводных лодок не всегда может быть надежным, такие модели обычно оснащаются различными устройствами, предназначенными для предотвращения их потери. Могут использоваться системы защиты от сбоев, которые обнаруживают потерю сигнала и отдают команду подводной лодке всплыть, или датчики давления, ограничивающие достигнутую глубину. Такая специализированная сложность обычно делает модель подводной лодки более дорогостоящей, чем модель надводного судна. Профессиональное или военное дистанционно управляемое оборудование для подводных работ может управляться по кабелю или с помощью звуковых сигналов. Часто такое оборудование оснащено бортовыми компьютерами, позволяющими автономно выполнять задачи по заданному маршруту, поэтому непрерывная связь с базой управления не требуется. Появление небольших и недорогих компьютеров, таких как Raspberry Pi или Arduino, позволило моделистам-подводникам эмулировать своих профессиональных коллег и обеспечивать автономное управление в ситуациях, когда радиосвязь или достаточная видимость отсутствуют.

As the conductivity of a medium increases, the more a radio signal passing through it is attenuated. High frequencies are also attenuated more than low frequencies, and tend to reflect off the surface of the water more. As is well known communication with military submarines uses very low frequency electromagnetic radiation for this reason. Military frequencies are well below allocated hobby radio control bands, but the lowest hobby bands typically around 27MHz/40MHz can penetrate several feet of water at short distances, typically less than 45 meters. Penetration at these frequencies is easier in fresh water, but difficult to impossible in sea water. Modern radio control sets using the 2.4GHz band penetrate water very poorly, and are thus not used by serious divers. For underwater radio to work, even at these frequencies, the receiving aerial needs to be completely insulated from the surrounding water. Plastic covered wire provides adequate insulation the aerial need not be held in an airtight container but the cut end of such wire must be sealed against water ingress. Depending on water conditions, positive control can be maintained at perhaps 3 meters depth. Since control of model submarines may not be reliable at all times, such models usually carry a variety of apparatus intended to prevent model loss. Fail safe systems which detect loss of signal and command the submarine to surface, or pressure sensors which limit the depth attained, may be used. Such specialist complexity usually makes a model submarine an expensive item compared to a model surface boat. Professional or military remote controlled diving equipment may be controlled via a tether, or by using sound signals. Quite commonly, such equipment has onboard computers which allow autonomous operation following a set path, so continuous communication with the controlling base is not necessary. The advent of small cheap computers such as the Raspberry Pi or Arduino has allowed model submariners to emulate their professional brethren and provide autonomous control in situations where radio transmission or adequate visibility is lacking.

Динамическое погружение

Модели с динамическим погружением обладают положительной плавучестью и остаются на поверхности, пока не будет создано достаточное усилие на рулях управления, чтобы заставить их уйти под воду. Модели с динамическим погружением – самые дешевые и простые в конструкции, поскольку сложные системы регулировки плавучести заменены погружными рулями или двигателями. Модели с динамическим погружением также имеют преимущество: они могут всплыть на поверхность в случае потери радиосвязи благодаря своей положительной плавучести. Однако, поскольку они положительно плавучие, такие модели должны поддерживать достаточную скорость под водой, чтобы оставаться на глубине, и не могут остановиться, не начав всплывать. Некоторые моделисты также считают, что скорость, необходимая для погружения таких моделей, не соответствует масштабу, и что они могут погружаться слишком быстро.

Статичное погружение

Модели со статической глубиной погружения способны изменять свою водоосадочность, набирая или выкачивая воду. Это достигается с помощью поршня, надувного баллона или балластного резервуара. Лодки, использующие балластный бак, обычно заполняют его, открывая вентиль в верхней части, и вытесняют воду, используя сжатый газ. Существуют варианты, использующие водяные насосы для обоих процессов. В балластный резервуар дозируется жидкий газ для вытеснения воды. Система "газовый захват жидкого газа" используется для экстренного всплытия лодки, в противном случае балластный бак продувается с помощью шноркеля на перископической глубине, а лодка тримируется для всплытия до перископической глубины с полным балластным баком. Система балласта с рециркуляцией сжатого воздуха была первоначально разработана Дарнеллом из Великобритании в 1950-х годах, и в этой системе резиновый баллон используется в качестве балластного резервуара. Он заполняется сжатым воздухом, подаваемым небольшим компрессором, воздух для которого берется из герметичного отсека в кормовой части для обеспечения сухости, чтобы надуть баллон. Другая набирающая популярность система – это система "газового захвата". Балластный резервуар позволяет воде поступать, открывая выпускной клапан в верхней части цилиндра, что позволяет лодке погружаться. Для всплытия небольшой насос "забирает" воздух из шноркеля в рубке (парусе) в балластный резервуар, вытесняя воду. Эта система также оснащена небольшим резервуаром со сжатым газом, который, в случае срабатывания системы безопасности, обычно из-за потери радиосигнала, выпускается в балластный бак, обеспечивая всплытие лодки. В Европе поршневой бак является предпочтительной балластной системой. Эти модели могут быть очень дорогими в изготовлении из-за сложности их балластных систем. В случае потери радиосвязи во время погружения лодка, скорее всего, опустится на дно и потребует ручного извлечения, если не оснащена системой защиты от отказа. Однако возможность погружения на месте имеет свои преимущества, поскольку она может быть более точной и управляемой, чем динамические системы.

Models with static diving have the ability to alter their displacement by taking on or pumping out water. This can be accomplished through the use of a piston, inflatable bladder, or through a ballast tank. Boats that use a ballast tank generally fill the tank by opening a vent at the top, and force the water out by using compressed gas. There are variants that use water pumps for both processes. A liquid gas is dosed into the ballast tank to push water out. "Gas snort liquid gas" is used to surface the boat in an emergency, otherwise the ballast tank is blown by the use of a snorkel tube at periscope depth and the boat is trimmed to surface to periscope depth with a full ballast tank. Recirculated compressed air ballast system was originally developed by Darnell from the UK in the 1950s, and this system uses a rubber bladder as the ballast tank. This is filled with compressed air supplied by a small compressor, with the air taken from the water tight container aft dry space to inflate the bladder. Another system gaining popularity is the 'snort system'. A ballast tank allows water to enter by releasing a vent valve on the top of the cylinder, allowing the boat to submerge. To surface, a small pump 'snorts' air from the snorkel tube in the conning tower (sail) into the ballast tank, expelling the water. This system is also equipped with a small tank of compressed gas, which in the event of a fail safe system operating, usually due to loss of radio signal, the gas is released into the ballast tank, surfacing the boat. In Europe, the piston tank is the ballast system of choice. These models can become very expensive to build due to the complexity of their ballast systems. In the event of a loss of radio contact while submerged, the boat will most likely sink to the bottom and require manual retrieval, unless equipped with a fail safe system. However, the ability to dive while at a standstill has its advantages, as it can be more precise and scale like than dynamic systems.