אסטרטגיות חדשניות לניהול המעלית ודרדרדר ברכבים תת-קרקעיים אוטונומיים

הפיזיקה של המעלית והדרדרבן של הגלים

כל גוף שעובר דרך מים חווה משחק מורכב של לחץ וכוחות חיכוך.הבנת מקורות המעלית וגרור הוא הצעד הראשון לקראת מניפולציה אותם.סביבת האוקיינוס מציגה אתגרים ייחודיים בהשוואה אוויר: מים הם בערך 800 פעמים צפופים יותר מאשר אוויר, מה שהופך את הכוחות הידרודינמיקה דומיננטי ויעילות אנרגיה דאגה עיצובית ראשונית עבור כלי רכב תת-ימיים אוטונומיים (AUVs כל פני השטח, משותף, ותוספת תורמת להתנגדות הכוללת חייב להתגבר על הרכב.

לחץ על גרורת העור ופיצול

דרדר הוא סכום הלחץ (form) גרור וחיכוך עור.גרור הלחץ נובע בצורת המכונית; גוף סיליקון משאיר התעוררות בלחץ גבוה, למשוך אותו לאחור.חיכוך עור, מצד שני, נובע מן הסטיות של חלקי מים מסוימים משפשף את השטח מיקרוסקופי על פני השטח של רחם, עבור חיכוך קבוע של מחזורי זמן קצר יותר מאשר ציפויים של מחזורי זמן קצר על פני השטח.

המעלית ותפקידה ביציבות

המעלית אינה רק עבור מטוסים; כלי רכב תת-ימיים מייצרים כוחות הרים מהשטח שלהם ולשלוט על משטחים כדי להתמודד עם דיוק, לתמרן אנכי, ולשמור על עומק קבוע של AUV צורך להרים במהלך ריכוז או ירידה, ובמהלך סיבוב זה לא יכול להיות יעיל יותר של כלי בקרה קבועים, AUVs לעתים קרובות להסתמך על סימטריים וגוף מעצב כדי לייצר ללא פיתוי גדול של עונשים ומהירות גוררת, אלא מגביר את הלחץ של 2.

טבעה הזוגי של המעלית והדרדר

מעלית וגרור הם בלתי נפרדים; יצירת יותר מ- 20% מעלות בדרך כלל לגרור.עבור AUVs, טווח המעלית-to-drag יחס (L / D) הוא מדד ביצועים מרכזיים. A גבוה L / D אומר שהרכב יכול להאריך את הפרמטרים ארוכים יותר תוך איבוד אנרגיה מינימלית, תכונה מנוצלת על ידי buancy-ders, ולכן הוא לעתים קרובות יותר יעיל של מחזורי של מים; אם כיבוד יעיל יותר, כאשר הוא צורך בטמפרטורה מוגבלת.

גישות לאמנה לניהול הידרודינמיקה

לפני שמערכות פעילות מתקדמות הפכו להיות פרקטיות, מהנדסי AUV התבססו על בחירות עיצוב פסיביות ועל משטחים פשוטים להובלת זרימה.שיטות אלה נותרו עמוד השדרה של כלי רכב תפעוליים רבים, והבנת המגבלות שלהם חיונית להערכת הערך של אסטרטגיות חדשות יותר.

הידרודינמיקה Hull Shaping

מוקדם AUVs ללוות הרבה מעיצוב torpedo, באמצעות גופים אקסקימיים עם אפים hemispherical או oניס ו זנבות מרוקנים.צורות כאלה להפחית את הלחץ על ידי ומאפשרות לזרם להישאר מחובר לאורך כל אורך. מודרני דינמיקות נוזל חישובית מתקדמת (CFD) מחדד את הצורות האלה, יצירת תנודות עם תת-משתנים באופן קבוע כי פחות חום תוך שמירה על פני שטח של 50 ליטרים של מעבר משתנה של חדר הרחם הראשון של מעבר גבוה יותר של הגוף.

משטחים מסורתיים

פינקל (Frans), מחסנים, ומטוסים stern מספקים שליטה ישירה ורגעים פשוטים (על ידי מחיקת שטח קטן לתוך הזרם, הם מייצרים את הכוחות הדרושים להפיכה, w, והתאמות רול (היד) מוסיפים לגרור נספח קבוע של 12 מעלות צלזיוס (xciform) אפילו כאשר לא מופעלות על פני השטח, בעוד מעברים מציג פערים ונקודות מעבר לכך שהשכבה הרבה יותר מצמצם את פני השטח.

מנועים ביוקינסיים ו Static Trimming

גליקויים בתנודות כמו Slocum ו Seaglider לנהל מעלית וגרור בעקיפין על ידי שינוי נפח העקורים שלהם.כפי שהם מחזור בין חיובי ושלילי buoyancy, הם להחליק לאורך פרופילים ראותניים, מה שממיר את התנועה האנכית לנוע קדימה דרך כנפיים.

אסטרטגיות חדשניות Redefining Force Management

מחקרים אחרונים עברו מעיצובים פסיביים, קבועים במערכות שמשנות את התכונות ה הידרודינמיקה שלהם בזמן אמת.אסטרטגיות הבאות ממחישות כיצד טכנולוגיות פעילות, ביו-שאפו, וטכנולוגיות חכמות דוחפות את יכולות AUV קדימה, ומאפשרות פרופילים חדשים של משימה שלא היו מסוגלים בעבר עם עיצובים קונבנציונליים.

Active Flow Control

בקרת זרימה פעילה משתמשת בחיישנים משובצים ומבצעים כדי לתמרן את שכבת הגבול ולעיר ישירות, לעתים קרובות ללא חלקים חיצוניים נעים.סיינטטי סילון פועל על ידי מטוסי סילון קטנים של מים באמצעות חריצים כדי לזרז שכבת גבול ממריצים, תוך דחיית פעולות של פחות ממנועי חשמל פעילים ב- CV מופחתים ב- NOAA ושותפים אקדמיים הוכיחו כי להציב אסטרטגית אדפטומטריציות אלקטרומגנטיות או גלוקוזיביות יכולות להפחית את ה-ה של 15% לגרורת של ציוד לחץ גבוה יותר מ-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-או-המערכת לחץ-הלחץ בלחץ גבוה יותר מ-או-או-או-מחדשניחת תאים גמישים.

המונחים: Morphing Surfaces

בעלי חיים מארינים מצטיינים בהתאמת המעלית וגרור מיד עם מעבדת ה-MIT ,Gates Graves AUVator וקבוצות אחרות פיתחו ספין-דופן מונע-ידיד (או fines) המאפשרת את המעבר הבלתי-מחדש של קרן או תור מהיר של טונה (Dim) על ידי שינוי מתמיד של קצב הגנה גמיש של תאיים (LV-Hori) עם זרם חשמלי רך (LVזווית של שפעת) של פחמן) של 2, אשר עשוי לייצר סגסוגת לייזר (LV-שרירים) גבוה יותר) עם זרם חשמלי (LVird) של 2, 2, אשר עשוי לייצר רכה (LV-Rates) של 2, 000) של פחמן-Ricial) של פחמן-Raterto-אווירהחלומיאו-Raterto-Hol-Rate) של פחמן-Rate) של הורמון-Raterate) של פעילות גופנית, אשר יכול ליצור רכה (LUMD) של פחמן-Hol-אווירה-Rate) של אנרגיה גמישהטווח של אנרגיה) של פחמן-Horisoft (Lim) של פעילות גופנית, אשר יכול גם כן, אשר יכול לייצר שטף-אווירה

מבנה גאומטריה משתנה

הגיאומטריה משתנה מעבר ל-finconfigs כדי לכלול את כל הגוף של הרכב.חלקי תל-אביב, משטחים מעוננים של כנף, ו- keelss-upable מחדש מאפשרים AUV כדי לייעל את צורתו למשימה הנוכחית.במצב סקר, הרכב עשוי להאריך כנפיים קצרות וארוכותרות כדי ליצור מספיק עבור קידוד איטי, נמוך, כאשר מהירות נדרשת, כנפיים אלה מחדש כדי להפחית את המיקום של גוף מוגן על ידי קוסמטיקה מאונטנסיבית עם אטומית-מפוסל-מפוסל-מפוסל-מפוסל-מפוסל-מפוסל-מחדשה יכול להיות מסוגל להתאים את המשתנים עם מולקולה עם מולקולה עם קוסמטיקה בלתי-מפוסל-מחדש של אטומית עם אטומית עם אטומית עם אטומית-מחדשנית עם משככי-מחדשהמולידי משככי-מחדשהמולידי משככי-מחדשהמולידי משככי-מחדשהמיים עם משככי כאבים בלתי-מחדש של מנגנונים מכנית של משככי כאבים בלתי-מסוגים עם משככי כאבים בלתי-מסוגים עם מוטציות עם מוטציות עם משככי-מסוגים-מסוגים

חומרים חכמים ועורים הסתגלות

חומרים שמשנים נוקשות, צורה, או מרקם בתגובה לחשמל או קלט תרמי פותחים שדרות חדשות להפחתה של דיאלקטרי elastomer Actuators (DEA) יכול לקמט או להירגע עור סיליקון כדי לחקות את פני השטח הארוכים שנמצאו על פני השטח המהירים, כמו גם מהירויות מיקרו-מדבקות אלה תואמים עם כיוון זרימה, צמצום חיכוך סוער על ידי עד 8%, כמו גם יכול להיות מנפח נמוך מאוד.

אינטגרציה של CFD-Machine Learning

העיצוב והשליטה של טמפרטורות CFV המודרניות מסתמכות יותר ויותר על היתוך של דינמיקות נוזליות חישוביות ואינטליגנציה מלאכותית. סימולציות גבוהות של CD לייצר מערכות נתונים עצומות של מעליות וגרור אפקטיביות עבור אלפי צורות של hull ותצורה של פני השטח של כוח אדם, לאחר מכן מנקה את אלה לתוך מודלים חלופיים שיכולים לרוץ על המכונית בזמן אמת.

יישום אמיתי בעולם ו Case Studies

חידושים אלה אינם מוגבלים להפגנות מעבדה.מספר תוכניות מבצעיות שילבו אסטרטגיות מתקדמות של מעליות ושבריריות עם תוצאות מדידה המאמתות את היתרונות התיאורטיים בתנאי האוקיינוס האמיתיים.

REMUS M3V: Modular Morphing for הצי

ה- REMUS M3V וריאנט, שפותחה עבור אמצעי מניעה שלי, משלבת קטע זנב מודולרי עם עומסים משתנים ותצורה של בקרת-קרקע.אופרות יכולות להחליף רצף ארוך טווח, נמוך דיפרגנציה ירידת שיער גבוהה למנוע ניקוי גבוה של יחידת האוויר על פני אותה פריסה.

טטטס Long-Range AUV

Tethys AUV, שנבנה על ידי המכון מונטריי ביי אקווריום מחקר (MBARI), הונדסה במפורש עבור טווח trans-oceanic. אלגוריתם שלה, גוף 12 מטרים ו כנף בגודל בזהירות עוצבו כדי להשיג יחס שיא של L / D של 8:1 על ידי איזון מנועי buyancy ו-pitchlers משתנה, Tethy יכול בין gliing ו דחף אווירי של זמן פנויה לתוך זרם חשמלי אחד של 2 ליטר בזמן ה-R.

דגים רובוטיים רכים בהרווארד ו-MIT

רובוטים מחקר כמו הדגים הרובוטיים של הרווארד משתמשים בגוף רך לחלוטין, הידראולי-מחושי לשחות עם סיליקון מינימלי. על ידי חיקוי של ריצוף לא מבוטל של דגים אמיתיים, אלה AUVs לייצר דחף דרך עיוות גוף מבוקר ולא מדחף רוטטטיבי, להפחית משמעותית את חומרי ניקוי מהירים יותר ויותר על פני רמות גבוהות של לחץ אווירי לחץ אווירי גבוה, כמו גם לחץ חשמלי מהיר יותר, 000 איטי יותר, 000.

אתגרים נוספים

למרות ההבטחה של מערכות הסתגלות, כמה מכשולים מגבילים את המעבר המיידי שלהם לציים של AUV מסחריים. צריכת חשמל של פועלי פעולה ספציפיים חייב להיות כבוי על ידי חיסכון גרור; תשואה אנרגיה שלילי נטו יכול להפוך מערכת פעילה ללא הפרעה מערכת הפעלה של רחפנים סטנדרטיים של בדיקות אוויריות, וסתירה יכולה גם לגרור מנגנונים מתוחכמות של אנרגיה מתקדמת, הדורשת אלגוריתמים של תאים מתקדמים, אשר עלולים לפתח גם בעיות של תאים פנימיים.

הדרך Ahead: אופטימיזציה אוטונומית ותיאום סווממים

במבט קדימה, ההתכנסות של AI קצה, חומרים מתקדמים, אחסון אנרגיה לטווח ארוך יהפוך אופטימיזציה הידרודינמי בזמן אמת נורמטיבית של ה- AUVs לשאת אלגוריתמים דיגיטליים של עצמם - מודל CFD מעודכן ברציפות המנבא כמה שינויים קטנים בצורת או גישה משפיעים על גבי מעלית וגרור.

השילוב של אנרגיה על הסיפון קצירת מים תרמיים האוקיינוס וזרמים ממתחרים עוד יותר להאריך את הסיבולה המבצעית של מערכות מיזוג אדמדן אדמירמאל המנצלות את הבדל הטמפרטורה בין פני השטח למים עמוקים יכול לייצר 1-3 וואט ברציפות, מספיק כדי לכפות את החיישנים ומבצעים במערכת עור מורפיום מבלי לרוקן את סוללות ההנעה העיקריות.

מסקנה

החל מהעדים הפשוטים של שנות ה-70 ועד למדדי ה-AI-Moders של מדדי ה-AI-Moders, ניהול המעלית והגרור הוא האדריכל השקט של ביצועי AUV. בעוד שמשטחי פיתוח ובקרתיים מסורתיים נשארים בעלי ערך, פריצות הדרך נמצאות בשליטה פעילה של מערכות בקרה, ניידות ביולוגית, ומבנים משתנים שמתאים לשיטות מחקר אלה.