دور الرعاة في تعزيز أداء المركبات ذاتيا تحت الماء

وقد أصبحت مركبات المياه الجوفية المستقلة منصات لا غنى عنها للبحوث الأوقيانوغرافية، والتفتيش على الهياكل الأساسية للطاقة البحرية، والعمليات البحرية، والرصد البيئي، وفعالية أي نظام من أجهزة الدفع التابعة لبعثة الاتحاد الأفريقي - سواء كان ذلك مسحاً لفتحات حرارية أو رسم خرائط لشبكة ضحلية - يعتمد على قدرة المركبات على التحرك بدقات وتحمل وسرقة.

أساسيات الدفع الفوري

ويحول الصهاريج الكهرباء أو الهيدروليكية إلى دفع ميكانيكي عن طريق التعجيل بكتلة من المياه، وتدفع قوة الرد المركبة إلى الأمام أو إلى الخلف أو في أي اتجاه مرغوب فيه، وعلى خلاف مدافع الدفع المستخدمة في السفن السطحية، يجب أن تعمل في بيئة عالية الضغط، وموثوقة، وفي كثير من الأحيان تكون منخفضة الاحتمال، كما أنها تواجه قيودا فريدة: محدودية في الطاقة، وميزانيات ضوضاء صارمة، والحاجة إلى موثوقية البعثات الطويلة.

الفيزياء الأساسية لأداء الدفع تحكمها مبدأ الزخم: الدفع يساوي معدل تدفق المياه الجماعي المضاعف من جراء تغير السرعة، لكن كفاءة العالم الحقيقي تتأثر بعوامل مثل تصميم شفرة الدفع، ومقياس الطقوس، وكفاءتها في المحرك، ووجود سلاسل مائية، وخلق ضوضاء على سرعة الدفع في الفول السوداني، ورسم مواضع الأشعة فوق البنفسجية حسب الأولوية.

ويقترن الرواسب عادة بزهور التحكم أو بزجاجات عمودية/خارجية منفصلة لتوفير ستة درجات حرارة (6-DF) والاختيار بين استخدام محركات الدفع الكاملة لضبط القوى العاملة من أجل مكافحة القوى العاملة من 6 إلى 12، وضم خطوط الدفع إلى أسطح التحكم، يتوقف على موجز البعثة: فالمركبات ذات الدفعات المتفرقة تعتمد في كثير من الأحيان على الرؤوس من أجل التطهير الأفقي الفعال، بينما تتطلب أجهزة الدفع المتحرك المتحركة المتحركة (مثلة المستخدمة في عمليات التفتيش المتحركة)

أنواع الرواسب المستخدمة في المركبات الحديثة

وقد تم وضع مجموعة واسعة من تصميمات محركات الدفع لتلبية مختلف طلبات بعثات المركبات الفضائية، وتشمل الفئات الرئيسية محركات الزامية، ومحركات الدفع الثابتة، ومحركات الدفع التي تحركها القاذورات، ومحركات الضخ، ومحركات النفق، وكل نوع من أنواعها يوفر مزايا متميزة من حيث القابلية للتنقية والكفاءة والضوضاء والتعقيد الميكانيكي.

Azimuth Thrusters

(أ) يمكن لأجهزة الدفع ذات الحجم الدوار (المسماة أيضاً بمحركات الدفع المتناوب أو القاذفات الثابتة) أن تتناوب 360 درجة حول محور عمودي، وتقضي على الحاجة إلى سرود منفصلة أو زعانف توجيه، وتوفر هذه التصميمات مرونة منخفضة السرعة وتتيح لمركبات فضائية محدودة لتغيير اتجاهها بسرعة دون تغيير التوجه الأمامي.

الصقور الثابتة

وتتمحور المحركات الثابتة في اتجاه ثابت، عادة على طول محور المركبة أو المحاور، وهي أبسط وأقوى نوع من أنواع الدفع، مع انخفاض عدد قطع الغيار وانخفاض تكلفة التصنيع، وتكفي أجهزة الدفع الثابتة للمركبات التي تعمل في إطار " من خلال العجلات " باستخدام خطوط التحكم في القيادة، غير أنها توفر قدرة محدودة على الاحتفاظ بمحركات الدفع الرئيسية الثابتة أو لتنفيذ تحركات الدفع الرأسي الطويلة.

مروحيات

فأجهزة الدفع المتحركة هي متغير متخصص يمكن أن يُقطر محورها في اتجاهين (في كثير من الأحيان يُضرب ويُهتز) ويُعطي المركبة درجة عالية من السيطرة دون الحاجة إلى وحدات دفع منفصلة، ويُستخدم هذا التصميم في مواقع ميكانيكية متحركة ومزروعة، ومنابر ميكانيكية متطورة، ويمكن للمركبات أن تُبطل الحركة الميكانيكية من حيث توجيه الجسم، مما يتيح جمع بيانات مستقر.

ريم - دريفن ثراستر

وتُعدّ محركات الدافعة (المسماة أيضاً بالقاذفات غير المتحركة أو المحركات) حجرة المحرك في الشق الخارجي للدافع، وتقضي على المركز المركزي والزجاج، وتسمح هذه التشكيلة بمساحة أكبر من الموصلات وتخفض من التوقيع الصوتي لأن الشظايا والعلامات تُزال، دون ختم متحرك يخترق هيكل الضغط، ويُمكن للصمام بالوصاية أن تحقق عمقاً أكبر.

"الثراس"

وتستخدم محركات الدفع بالصواريخ الطلقية المغلقة في قناة تعجل المياه من خلال المصباح بدلا من استخدام مدفع مفتوح، ويحسن هذا الخطف الدافع بالسرعة المنخفضة ويقلل من الانحرافات، مما يجعل من المؤثرات العالية التي تتطلب دفعا عاليا من الفول السوداني في عمليات حفظ المحطة أو المناورة في التيارات، ويستخدم العجلات في معظمها في مركبات ذات حجم مرتفع ومتوسط.

Tunnel Thrusters

وتُعد محركات النفقات محركات مدفعية متحركة مثبتة في أنبوب يمر عبر هيكل المركبة، وهي توفر دفعة جانبية للتحرك أو للسيطرة على الطرق الأمامية الصفرية، وعادة ما تكون محركات النفق ثابتة وتُستخدم في أزواج لتحقيق حركة متحركة متحكمة، وهي بسيطة نسبيا ولكنها تتطلب اختراقا في الهيكل ويمكن أن تكون مصدرا للارتطام عند عدم استخدامها.

اعتبارات التصميم لمقاتلي المركبات

(ب) تشمل عملية توجيه المركبات ذات الدفعات العالية، والموازنة بين عدة قيود متنافسة: كثافة الطاقة، وتقدير العمق، ومقاومة التآكل، والتوقيع الصوتي، والموثوقية على عمليات النشر الموسعة؛ واختيار المواد أمر حاسم؛ والمياه البحرية متآكلة جداً، ويمكن أن يؤدي التعبئة الأحيائية إلى تدهور الأداء على مدى أسابيع.

ويعد التعويض عن الضغط أحد الاعتبارات الرئيسية الأخرى، إذ يستخدم الكثير من المحركات المساكن المملوءة بالنفط والمصحوبة بالضغط لضمان أن تكون الضغوط الداخلية مساوية للضغط الهيدروستائي الخارجي، مما يحول دون الفشل في العمق، وتتيح الفقمات أو الأختام المخفوقة باللونين الدوار للتناوب مع الحفاظ على فرق الضغط العالي، أما بالنسبة للقوى التي تحركها الأضلاع، فتتعذر على عملية الاختتام الدوارة.

إن تحقيق الكفاءة الأمثل ينطوي على حساب المقطع الشفري المثالي، وعدد الشفرات، وشكل القنوات، وإزالة المعلومات، وديناميات السوائل المحوسبة هي الآن معيار لتصميم قنوات الدفع ومقياس الجمود، كما ينبغي للمحرك نفسه أن يعمل في نقطة الذروة في نطاق الانذار السريع المتوقع؛ كما أن أجهزة التحكم في الاختراق هي المعيار الصناعي نظراً لمستوى كفاءتها وطول حياتها.

أثر الرعاة على أداء مكتب خدمات الرقابة الداخلية

الصلاحية والمراقبة

ويتضح أثر الدافعين المتقدمين في تحسين المناورة، إذ يمكن للمراقبين ذوي الصواريخ المزودة بمحركات متعددة أو محركات متعددة، أن يقوموا بمناورات دينامية مثل التسلق الرأسي، والترجمة الجانبية، والإمكانيات الأساسية للتفتيش على الهياكل تحت الماء، أو يحافظون على الأماكن المحصورة، أو يحافظون على تكوين دقيق مع مركبات أخرى، مثلاً، وجودة ثلاثة محركات عمودية (تعددة من الزواحف).

كفاءة الطاقة والبعثة

وتؤثر كفاءة الصدر تأثيرا مباشرا على طول مدة عمل مكتب دعم البعثة على شحنة واحدة من البطاريات، بل إن تحسين كفاءة الدفع بالدفع بنسبة 5 في المائة يمكن أن يترجم إلى ساعات إضافية من وقت البعثة.

التوقيع والصلب السماويان

وبالإضافة إلى ذلك، فإن الضوضاء الصوتية من المدافعين تشكل شاغلا رئيسيا للمركبات العسكرية (التي تستخدم لكشف الألغام أو المراقبة أو الحرب المضادة للخامات) وللمركبات العلمية التي تدرس الثدييات البحرية أو تستخدم أجهزة الصوت الاصطناعية، وتشمل مصادر الأنابيب أجهزة الاتصال ذات الطوابق الكهربية، والآلات السائلة المتحركة، والضوضاء التي تصيبها الضوضاء، والثدييات الوعية.

نظم الرقابة والتكامل بين الثراس

أما البرامجيات والإلكترونيات التي يكتسبها دافعو القيادة فهي ذات أهمية مماثلة لتلك التي تتسم بها المعدات، إذ تستخدم أجهزة الدفع المتحركة هيكلا موزعا: يحسب التوجيه المركزي والملاحة والمراقبة الحاسوبي للقوات واللحظات المنشودة، التي تُخصص بعد ذلك لفرادى المحركات عن طريق خوارزمية لتخصيص الدفع، ويجب أن تُحسب الخوارزمة لتحديد الدفع (الدفعة القصوى، وقت الاستجابة، التفاعل المتبادل) وربما تُعاد صياغتها.

وتستخدم خوارزميات مكافحة ناقلات الترددات عندما تكون المدافع مشتعلة، وتتحول المحور المرغوب فيه إلى زوايا وسرعة متحركة، وتسمح نظم تحديد المواقع الدينامية التي تعمل فقط على أجهزة الدفع (لا زهور) بأن تصبح أكثر شيوعاً في أجهزة الدفع المتحركة، وتستخدم هذه النظم تغذية مرتدة حسية (مثلاً، الاضطرابات الناجمة عن الترددية).

الابتكارات المستقبلية في مجال تكنولوجيا ثورستر

ويتكون الجيل القادم من مدافع الصواريخ من طراز POV من أوجه التقدم في المواد، والتصنيع، والتصميم المحفز أحيائيا.

ويتيح التصنيع الإضافي )الطباعة بواسطة جهاز( )٣D( نسيج قنوات معق َّدة وأجهزة قياس جوفية غير قابلة للاختراق بالأجهزة التقليدية، ويمكن للطباعة المعدنية )إدماج بخار مسحوق النحل( أن تنتج شظايا من التيتانيوم أو الألومنيوم بقنوات التبريد الداخلية أو هياكل التكرير الأمثل التي تقلل من الوزن دون تخريب القوة، ويستكشف الباحثون في معهد ماساتشويش الدولي للتكنولوجيا ومنظمة الصحة العالمية الأنا مجهزة في مجالا في مجالا في مجال ضبط الوقت الحقيقي

Energy harvesting pushers] that double as turbines to recharge batteries while the AUV proceedss in a current are an emerging concept. By integrating a birth, aدافع can act as a low-speed hydrokinetic turbine, extending mission endurance in persistent current regions and this approach is in early prototype stages.

وتتيح المحركات الكهربائية المجهزة بالمحركات المجهزة بالكهرباء إمكانية حدوث كثافة عالية جداً في الطاقة وخسائر كهربائية قريبة من الصفر، ولكنها تتطلب التبريد المبرد، وهو أمر غير عملي بالنسبة لمعظم المركبات ذات الترددات العالية، غير أن نظم التخدير فوق الحرارة التي يمكن تبريدها بالنيتروجين السائلة يجري النظر فيها بالنسبة لمركبات كبيرة جداً ذاتية تحت الماء (مثل حاملي الشحنات البحرية أو الأعماق).

أخيراً، تكنولوجيا التوأم الرقمية و مقاييس الصيانة التوقّعة تُطبّق على نظم الدفع، وباستخدام القياسات التليفزيونية في الوقت الحقيقي، ودرجة الحرارة، واستهلاك الطاقة، يمكن لجهاز حاسبة البوليفزيون على متن السفينة تقدير مدى الحياة المفيدة المتبقية والجدول الزمني للنفقة الاستباقية، مما يقلل من خطر فشل الدفع أثناء البعثات الحاسمة.

خاتمة

إنّها نظم كهربائية متطورة تمكّن مباشرة من التشغيل الدقيق والكفء والهادئ لمركبات المياه الجوفية المستقلة ذاتياً، من محركات الصواريخ التي توفر المناورة الاستثنائية إلى التصميمات ذات الدفعات الحرارية التي تقلل من الضوضاء والصيانة، واختيار تكنولوجيا الدفعات التي تُشكل بشكل عميق قدرات بعثة الاتحاد الأفريقي في مجال الطاقة.

For further reading, see the Woods Hole Oceanographic Institution's overview of AUV technology , technical resources on maritime pusher design from the Journal of Marine Science and Engineering , and case studies from ]L3Harris on military