כלי רכב תת-קרקעיים אוטונומיים (AUVs) הפכו לפלטפורמות חיוניות למחקר ים , פיקוח תשתיות אנרגיה offshore, פעולות ימיות, ניטור סביבתי.היעילות של כל משימה AUV - בין אם סקר של אווררמי עמוק או מיפוי של מערכת אקולוגית רדודה - תלוי באופן ביקורתי על יכולת ההנדסה לנוע עם דיוק, סיבולת וגניבה.

מימון של AUV Propulsion

Thrusters להמיר חשמל או הידראולי דחף מכני על ידי צמצום מסה של מים.כוח התגובה מניע את הרכב קדימה, לאחור, או בכל כיוון הרצוי.בניגוד למניעים המשמשים כלי שיט משטח, משחצים AUV חייבים לפעול בבטיחות גבוהה, קורוזי, ולעתים קרובות סביבת חוסר יכולת נמוכה.

הפיזיקה הבסיסית של ביצועי דחף נשלטת על ידי עקרון המומנטום: דחף שווה את קצב זרימת המים ההמונית מכפיל על ידי השינוי במהירות.עם זאת, יעילות בעולם האמיתי מושפעת מגורמים כגון עיצוב להב דחף, גיאומטריה, יעילות מוטורית, ואת נוכחות של cavitation. Cavitation - היווצרות של בועות אדפור על פני השטח - מתכת, לייצר רעש, ו detaretraation מהירות.

בדרך כלל, Thrusters הם בשילוב עם שליטה בפינים או דחף אנכי / צדדי נפרד לספק שישה מעלות-of-freedom (6-DOF) תנועה.הבחירה בין שימוש רק דחףים עבור שליטה מלאה 6-DOF לעומת שילוב של דחפורים עם משטחים שליטה תלוי בפרופיל המשימה: סקרי Vs לעתים קרובות מסתמכים על fins עבור cruising יעיל, בעוד מרחף AUws (כמו למשל, כגון ריצוף, עבור ריצוף עצמאי), או פיקוח, כגון, 000), או פיקוח, 000, 000, 000, או פיקוח, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, עבור , 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, עבור , 000, 000, 000, 000, 000, 000, עבור , עבור , 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, עבור , 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

סוגים של Thrusters המשמשים ב- Modern AUVs

מגוון רחב של עיצובים דחף פותח כדי לענות על הדרישות המגוונות של משימות AUV. הקטגוריות העיקריות כוללות דחף zimuth, צריפים קבועים, וקטורנטים, מניעים מונעים על ידי שורש, משאבה-jets, ודחפורים מנהרות.כל סוג מציע יתרונות ברורים במונחים של יכולת תמרון, יעילות, רעש, מורכבות מכנית.

תגית: Thrusters

(הופנה מהדף zimuth דחףers (נקרא גם דחפורים חזקים או מנווטים) יכול לסובב 360 מעלות סביב ציר אנכי, חיסול הצורך של מדרגות נפרדות או fining fins. עיצוב זה מספק תמרון מהיר יוצא דופן ומאפשר AUV לשנות במהירות מבלי לשנות את הדחף החשמלי או חסמי פעולה חזק, אבל תחזוקה גבוהה יותר של מנועים מופעלת גבוהה יותר, אך היא לעתים קרובות קיבולת גבוהה יותר של מנועים של עומס חשמלי.

תגית: Thrusters

דחף קבוע רכוב באוריינטציה קבועה, בדרך כלל לאורך צירים ארוכי טווח של הרכב או transverse. הם הסוג הפשוט והחזק ביותר של דחף, עם פחות חלקים נעים ועלויות הייצור נמוכות יותר. דחף קבוע מספיק עבור AUVs הפועלים במצב "fly-דרך" באמצעות שליטה על סנפירים עבור היגוי.

תגית: Thrusters

צריפים Vector הם גרסה מיוחדת שיכולה להטות או למקם את ציר הדחף שלהם בשני הכיוונים (לעתים קרובות המגרש ו- yaw), נותן לרכב תואר גבוה של שליטה ללא צורך יחידות דחף נפרדות.עיצוב זה פופולרי על מרחף AUVs ופלטפורמות ROV היברידית ROV /AUV. על ידי וקטורינג דחף, המכונית יכולה להדוף תנועה משמעותית מכיוון גוף, ומאפשר איסוף נתונים יציב אפילו על מדרונות או מצעים מכניים כגון רכובים פוטנציאליים.

רים-Driven Thrusters

(הדחפורים מונעים רים (נקראים גם רכזים או מנועים) בית הטורף המנועי בשורש החיצוני של המדחף, חיסול המרכז והפיר.תצורה זו מאפשרת אזור גדול יותר של דוקטרר ומפחיתה את החתימה האקוסית כי הפיר והנושאות הוסרו.ללא פית אשר מאומץ את הלחץ הראשי, דחף מונע יותר עומק ותחזוקתי אווירי אוויריים מתקדמים, במקום שבו הם מונעים יותר לחץ דם מגנטי גבוה יותר מאשר לחץ דם מגנטי גבוה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, מונעים יותר מאשר לחץ דם מגנטי חזק יותר מאשר לחץ דם מגנטי גבוה יותר, הוא חזק יותר, הוא חזק יותר, הוא חזק יותר, הוא חזק יותר, מונע על ידי לחץ דם מגנטי חזק יותר, הוא חזק יותר, ממול, הוא חזק יותר, הוא חזק יותר, מאשר מעכב את המרחץ אווירי לחץ דם מגנטי, הוא חזק יותר, מדחף גבוה יותר, הוא חזק יותר, ממול, יעיל יותר, ללא מוטמעניקו של לחץ דם מגנטי חזק יותר, הוא חזק יותר, הוא חזק יותר, ללא מוטמעם של לחץ דם מגנטי חזק יותר, הוא חזק יותר, הוא דורש, הוא דורש, ללא חותם מגנטי חזק יותר, הוא חזק יותר, ללא

תגית: Jet Thrusters

דחף-ג'ט משתמשים במערה סגורה בתוך דוקטרקט שמזרז מים דרך נוש, ולא באמצעות מדחף פתוח.הדוכס משפר דחף במהירויות נמוכות ומפחית את ה cavitation, אשר מועיל עבור AUVs הדורשים צפיפות גבוהה עבור דחף חזק עבור מנועים של תחנת-keeping או תמרון בזרמים.

מנהרת Thrusters

מדחף מנהרות הם דחף הפוך רכוב צינור העובר דרך הרכב hull. הם מספקים דחף מאוחר יותר עבור מעברים או עבור שליטה על אפס מהירות קדימה. דחפורים הם בדרך כלל קבועים-axis והם משמשים בזוגות כדי להשיג תנועה מבוקרת הכביש. הם פשוטים יחסית אבל דורשים hull ו יכול להיות מקור של גרר כאשר לא להשתמש רטריאונדקטי או מסובייקט, אם כי הם מסובייקט סטראוסטרציה מכנית, הם מוסיפים מושג מכנית.

דרישות עיצוב עבור AUV Thrusters

הנדסה דחף עבור AUV כרוך איזון כמה מגבלות מתחרות: צפיפות כוח, דירוג עומק, התנגדות קורוזיה, חתימה אקוסטית ואמינות על פריסות מורחבות.חומרים בחירה היא קריטית; מים ים הוא מאוד קורוזיטיבי, biofouling יכול להרוס ביצועים מעל שבועות.FLT:0CommonFLT:1 כוללים פלדה ברמה ימית (316 או dutanplex), ציפוי מתכתי מתכת נגד מגנטית 6D), מתכת מורכבת.

פיצוי לחץ הוא שיקול מפתח נוסף.דחפורים רבים משתמשים בדיור מלא שמן, ממושמע לחץ כדי להבטיח כי לחצים פנימיים שווים את הלחץ הירוטי החיצוני, למנוע איטום בעומק. Blumlein-type Seals או חותמות נוזל ferromagnetic לאפשר את הפיר לסובב תוך שמירה על לחץ גבוה שונה.

אופטימיזציה יעילות כוללת חישוב מצגת הלהב האידיאלי, מספר להבים, צורה דוקטרקטית, וניקוי קצה. דינמיקה נוזלי Computational נוזל דינמי (CFD) הוא עכשיו סטנדרטי עבור עיצוב דחף דקר וגיאומטריה.המנוע עצמו צריך לפעול בנקודת היעילות העליונה שלה על פני טווח המהירות הצפוי; מנועים DC (BLDC) הם התעשייה הסטנדרטית בשל יעילות גבוהה שלהם וחיישנים ארוכים כדי להיות מצמצם את זה גם על פני רעש רחב (Ricar) או על פני טווח רחב).

השפעת Thrusters on AUV Performance

אחריות ושליטה

ההשפעה הברורה ביותר של דחף מתקדם היא שיפור יכולת תמרון. AUVs מצויד עם מספר רב של דחף וקטורי או zimuth יכול לבצע תרגילים דינמי כגון טיפוס אנכי, תרגומים צדדי, ו- Spot Turn - יכולת חיוני לבדיקת מבנים תת-ימיים, ניווט חללים מוגבל, או שמירה על היווצרות מדויקת עם כלי רכב אחרים.

אנרגיה ומשימה משך

יעילות Thruster משפיעה ישירות על כמה זמן AUV יכול לפעול על טעינה סוללה אחת. אפילו שיפור של 5% ביעילות הנעה יכול לתרגם לשעות של זמן משימה נוסף.FLT:0Modern דחף עיצובים יעיל עבור מאיץ יעיל של מערכת הנעה הכוללת (מנוע + כונן + דחף) בטווח של 55-70%, בהשוואה לעיצובים מבוגרים יותר שנאבקו עד 45%, כמו דחפים מהירים יותר, לעומת דחפות מטוסים מהירה, תוך שימוש בשרירים בטווח של פחות.

חתימה אקוסטית וגנבת

רעש אקוסטי מפני דחף הוא דאגה עיקרית עבור AUVs הצבא (שימוש בזיהוי שלי, מעקב או נגד לוחמה בסמים) ו- AUVs כי מחקר יונקים ימיים או להשתמש ב-Autosive מקורות רעש כוללים טונס אלקטרומגנטיים מוטוריים, מקליד זיהוי של מזיקים ללהבים, כולל רעשים מהירים יותר, ובועות רוחיות.

מערכות בקרה ושילוב Thruster

התוכנה והאלקטרוניקה שדוחפים פיקוד הם חשובים כמו החומרה.מודרני AUVs להשתמש אדריכלות מבוזרת: הדרכה מרכזית, ניווט ובקרה (GNC) מחשב כוחות ורגעים הרצויים, אשר לאחר מכן מוקצה לדחפים בודדים באמצעות אלגוריתם הקצאת דחף.האלגוריתם חייב לקחת בחשבון עבור מגבלות דחף דחף (מקסימום דחף, זמן תגובה, אינטראקציות הדדיות) ואולי גם ונדמנטל, לדוגמה, אם אחד, לא יכול להיות מסוגל לשלוט על מערכת בקרה או למנוע שליטה על ידי דחף קדימה או לפחות על לוח הבקרה על ידי דחף קדימה.

אלגוריתמים של Thrust ובקרת וקטור (TVC) משמשים כאשר הדחפורים הם pivotable, המרת ציר הרצוי ל-Rreques לתוך זוויות אקטוטור ומהירויות. למערכות דינמיות (DP) הפועלות אך ורק על גבי דחף (ללא fins) הופכים נפוצים יותר על גבי רטיבות שדה רף (למשל, doppler מהירות, ניווט אינפורמטיבי, קידוד) כדי למנוע קידוד מהיר (reicial), כדי למנוע קידוד מהיר (reicial), קידוד זמן לחץ גבוה (reicrecet) קידוד) על מנת למנוע קידוד גבוה (recet) קידוד (ret) קידוד קידוד (ret) על מנת למנוע קידוד) קידוד גבוה יותר על גבי קידוד (ret) קידוד (ret) קידוד (ret) קידוד גבוה יותר (ret) קידוד זמן לחץ גבוה (ret) קידוד גבוה (ret) קידוד (ret) קידוד (retrast-responst-respondensekt) קידוד) קידוד (retrast) קידוד (retrast) קידוד) קידוד מיקום קידוד (ret)

חידושים עתידיים ב- Thruster Technology

הדור הבא של משחתות AUV מעוצב על ידי התקדמות בחומרים, ייצור, עיצוב בהשראת ביולוגית.FLT:0Biomimetic דחףsFLT:1 בהשראת דגים pectoral fins, מטיס ניטציה או ג'לי דגים תחת מחקר פעיל.זה יכול להשיג תמרון שקט, יעילות גבוהה ואפילו התאוששות אנרגיה מן האוקיינוסים הנוכחי, לדוגמה רכות כי עדיין לא יכול לייצר רעשים מכניים גדולים יותר, למרות שעדיין לא יכול לייצר רעשים מכניים גדולים.

ייצור אדקטי (3D הדפסה) מאפשר ייצור של דוקטרקט מורכב ו להב גיאוגרפיות שלא היו אפשריות עם מאצ'ינג קונבנציונלית מתכת הדפסה (אבקת אבקת היתוך) יכול לייצר titanium או אלומיניום-bronze להבים עם ערוצי קירור פנימיים או מבנים מותאמים ל- lattice כי להפחית משקל ללא הקרבה כוח.

(FLT:0)אנרגיה קצירת דחפורים 1FLT: כפול טורבינות לטעון סוללות בעוד AUV סחף בהווה הם מושג מתפתח.על ידי שילוב מצב גנרטור, דחף יכול לפעול כמו טורבינות הידרוקלינית במהירות נמוכה, מרחיבה את הסיבולה באזורים הנוכחיים מתמידים.

מנועים חשמליים עבור צריפים מציעים את הפוטנציאל עבור צפיפות גבוהה מאוד כוח והפסדים חשמליים ליד אפס, אבל הם דורשים קירור Cryogenic, אשר הוא לא מעשי עבור רוב AUVs. עם זאת, מערכות בעלות על טמפרטורה גבוהה (HTS) שניתן לקרר עם חנקן נוזלי נחשבים עבור כלי רכב תת-ימיים גדולים מאוד (למשל, צוללות או צינורות עמוקים).

לבסוף, טכנולוגיות תאום דיגיטליות ואלגוריתמים של תחזוקה חיזוי מוחלים על מערכות דחף.שימוש בטלמטריות בזמן אמת של רטט, טמפרטורה וצריכת חשמל, מחשב לוח הבקרה של AUV יכול להעריך את המשך החיים שימושיים ותחזוקת לוח הזמנים, צמצום הסיכון לכישלונות דחף במהלך משימות קריטיות.

מסקנה

Thrusters הם הרבה יותר מאשר מניעים פשוטים; הם מערכות אלקטרו-מכניות מתוחכמות המאפשרות ישירות את הניתוח המדויק, היעיל ושקט של כלי תת-ימי אוטונומיים תת-ימיים; מ-Azimuth ודחפורים המספקים יכולת יוצאת דופן למהנדסים מונעים על ידי מנגנונים אוטונומיים, אשר יכולים אפילו לעמוד בתנאי ייצור דחף עמוק יותר של טכנולוגיות אלקטרו-ורטיות, כמו יכולות סוללות, שיפורים באפקטיביות של פיתוח וחיזוק של פעילות גופנית, וקידום יעיל יותר.

(ב) ראו את הסקירה של מכון הול אושיאאוגרפית של מכון AUVreaFLT:1, משאבים טכניים על FLT:2mari דחף זמן עיצוב מן כתב העת של מדע ימי הנדסה והנדסה FLT 3: ובמקרה מחקרים מן FLT:4L3Harris על צבא AUV PropulsionFLT:55