תפקידם של חומרי הנחתים בפיתוח כלי רכב תת-קרקעיים אוטונומיים

חומרים ימיים: עמוד השדרה של ביצועי רכב תת-קרקעיים אוטונומיים

כלי רכב תת-ימיים אוטונומיים (AUVs) התפתחו מטיפוסי אב-טיפוס ניסיוניים ועד לחומרים חיוניים במדעי האוקיינוס, אנרגיה offshore, פעילות ימית, וכריית ים עמוקה.פלטפורמות בלתי-מזומן אלה לנווט את הסביבה הקיצונית ביותר על פני כדור הארץ - שם לחץ הידרוטי עולה על 16,000 חומרים אוטונומיים בעומק האוקיינוס המלא, חימום מים מסיבי ללא רחמים, וחיים ימיים כל משטחים קשים, בעודם, לעתים קרובות, ומאפשרים של אנרגיה מתחדשת של אנרגיה מתחדשת, 000, 000, כוח-מחץ מלאכותי, 000, כוח-מחץ מלאכותי, 000, כוח-מחץ מלאכותי, כוח-מחץ מלאכותי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קלוש, 000, 000 של אנרגיה, 000, 000 אנרגיה, 000 אנרגיה, 000 כוח-מחץ אווירי משקל-מחץ אנרגיה, 000, 000, 000 קלושטמיים של אנרגיה, 000 אנרגיה בלתי-מחץ מלאכותי של אנרגיה, 000, 000 קלושטמיים של חומרים חשמליים, 000, 000, 000, 000, 000 של חומרים חשמליים, 000, 000, 000 קלושטמיים של אנרגיה, 000, 000 כוח-מחץ אוויר-מ

התפקיד הקריטי של מדעי החומר בעיצוב AUV

בניגוד לכלי פני השטח או ROVs tethered, AUVs לפעול ללא התערבות אנושית רציפה. צולל יחיד עשוי להימשך משעות עד חודשים, עם הרכב נדחף באמצעות ⁇ לחץ, שכבות תרמיות, ומים corrosive. אוטונומיה זו מבטלת את רשת הבטיחות של התאוששות מיידית, מה שהופך את האמינות עיצוב לא נחוצה על ידי כל רכיב, העיקרי של המסגרת המבנית לפרופיל אונקורקטיבי חייב לעמוד בלחץ חיובי, לחץ דם, תוך כדי לחץ דם, לחץ דם חיובי, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם חיובי, לחץ על מנת לעמוד מול לחץ כבד, לחץ ביולוגי, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד, וחום, לחץ כבד, לחץ על מנת לעמוד מול לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ דם, וחום, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ כבד, לחץ על מנת לעמוד מול לחץ כבד, לחץ דם גמיש, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד, וחום, לחץ כבד, לחץ כבד, חייב לעמוד מול לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ על מנת לעמוד מול לחץ כבד, לחץ כבד, לחץ כבד,

משקל וניהול buoyancy יוצרים את המסחר הבסיסי. An AUV כי הוא צפוף מדי דורש קצף buoyancy מופרז, צריכת נפח פנימי ולהגדיל גרור הידרודינמיקה. אחד כי הוא מדי אור דורש כדור כבד, צמצום יכולת עומס תשלום.העיצוב האופטימלי משיג ליד buoy מרכזי על ידי חיתוך קבוע של 4000 דונם עמוק, 000 דונם בלחץ חזק, 000 סגסוגת חנקן עמוק.

יכולת תחת עומס מחזורי היא קריטית באותה מידה. AUVs עשוי לבצע אלפי צלילה על החיים התפעוליים שלהם, כל מחזור הטלת לחץ שונה על ההילה והלחץ על מאיץ. Fatigue כשל, לעתים קרובות initating inפגמים מיקרוסקופיים או ריכוזי מתח, יכול להוביל להפחתה של פינקל קטסטרופלית ב-Si-Spertials, לאחר ניתוח חומרים, במיוחד עבור כלי רכב מדורגים מעבר 3,000 מטרים, כאשר הם לא יצפוי של מחזורים של סגסוגת של 60T.

לבסוף, חומרים אינטראקציה עם המטען חיישן. a ferromagnetic hull יכול להשחית קוראי מגנטים; דיור רפלקטיבי באופן אקוסטי יכול לקלקל ביצועים של Sonar; חלון מפוזר אופטי מפחית בהירות המצלמה.הסוויטות החומר האידיאלי איזון שלמות מבני עם שקיפות אלקטרומגנטית, מוטציות אקוסטיות תואם, ובהירות אופטית.

קטגוריות חומריות נפוצות עבור רכבים תת-קרקעיים אוטונומיים

חומרים Composite: Carbon Fiber, Glass Fiber, ו-Aramid

(החומרים הפולימרים המסולקים של סיבים שולטים בעיצובים מודרניים של AUV עבור יישומים רדודים ובאמצע מים עד 3,000 מטרים.FLT:0Carbon סיבים מחזקים פולימרים (CFRP)BuildFLT:1 מציע יחס יוצא דופן במשקל עד 3,000 מטרים - כוח ספציפי חמש פעמים של פלדה - וניתן לעצבן לתוך צורות הידרודינמיקה מורכבות.

(FLT:0Glass סיבים מחזקים פולימרים (GFRP)FLT:1 לספק חלופה בעלות נמוכה יותר עם כוח מספיק עבור hulls של AUVs קטנים ושקיפות אקוסטית מעולה, מה שהופך אותם אידיאלי עבור Sonar domes וחלונות transducer. E-glass ב-Vicial Reducing כוח כדי למנוע גירוי חשמלי ארוך טווח, אבל כוח הגנה לטווח הארוך יותר, 000 מוגבל, 000 מוגבל, 000.

Alloys: Titanium, אלומיניום, ופלדה סטטינית

עבור מתכות עמוקות טווח AUVs כפופים ללחץ של 6,000 psi, מתכות נשאר עמוד השדרה של מבנים עמידים בלחץ.FLT:0Titanium ⁇ sFLT:1, במיוחד Ti-6Al-4V, משלב כוח ספציפי של כ 250 kNm / ק"ג עם עמידות קורוזיון יוצאת דופן במים הים והתנהגות לא מגנטית.

(FLT:0) מנין-דרגה אלומיניוםFLT:1 (5083, 6061-T6) מציע חלופה קלה יותר, סבירה יותר, עם התנגדות קורוזיה טובה כאשר anodized או קשה-מחוסן, עם זאת, אלומיניום הוא רגיש לבורח ו crerosion corrrosion, במיוחד במים חמים ורדודים.

מהנדס פולימרים ו-Elastomers

(הופנה מהדף [[המאה ה-20]] ו[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]], [[[[1924]]]]]] ו[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]

(ב) [13] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Ceramics, Glass ו-Syntactic Foam

תצפיות אופטיות על מצלמות ומערכות תאורה מסתמכות על חומרים שקופה עמידים בלחץ (FLT:0Sapphire GlassFLT:1) מציעות קשיחות יוצאת דופן והתנגדות לגרד, שמירה על בהירות במעמקים של יותר מ-6,000 מטרים.מדד הפריאקטיבי הגבוה שלו דורש ציפויים אנטי-re, אך מספק עמידות שאין כמוהו.

(FLT:0) נזלת קצף 1FLT (FLT) מורכב ממיקרוסקופים זכוכית חלולה במטריקס epoxy או פוליאורטן - הוא חומר החבוי הדומיננטי עבור AUVs עמוק. צפיפותו (בדרך כלל 0.4-0.7 g/CM3) ועומק יכול להיות מותאם על ידי בחירת גודל מיקרוספירה, עובי, ומדורגת מטריקס בגודל של קיבולת גבוהה, כגון מיקרו-מטרונימיים.

(FLT:0)Zirconia-toughated alumina (ZTA)Felove:1 קרמיקה משמשים עבור ממריצים בעלי מתח גבוה ומחברים, המציעים כוח דיאלקטרי יציב אפילו בעומק האוקיינוס המלא. Ceramic דיור, כגון אלה נבדקים על ידי אוניברסיטת הוואי עבור AUVs עמוקים בעלות נמוכה, לספק כוח כבד ליד זניחה, אבל דורש ריכוז מדויק.

כתובת: Corrosion and Biofouling: Materials Challenges

Galvanic Corrosion ב- Multi-Material Assemblies

Seawater הוא אלקטרוליט מאוד מוליכים אלקטרוליט, ו- AUV מקובצים בצורה גרועה הופך לתא קורוזיה.כאשר מתכות דיסימיות מחוברות חשמלית, ה- פחות אצילית מתכת מעדיף באופן זמני.דוגמה קלאסית היא מפלט פלדה ממסגרת עם אלומיניום: מרוקנים אלומיניום מכווצים במהירות סביב המזרז, אלא אם כן משתמשים ב- insulatingsives או ציפויים כחולים.

מניעת ביו-פופולינג ואנטי-פלינג קאטינגס

(האורגניזמים הימיים) - קפסולות, אצות, הידרואידים - משטחים AUV, הגדלת גרור עד 40% וחלונות החיישן המידרדרים (עבור כלי רכב שהושקו ושיקום יומי, ניקוי ידני עם מצחצחים; אך עבור ריצוף ארוך טווח של משימות אוויריות או חודשים, הביופולינג הופך לבעיה קריטית נגד צבעי נחושת, אך הם יעילים בפני רזולוציה סביבתית של מספר רב של מים;

אינטגרליות של חלקיקים תחת לחץ קיצוני

עיצוב לחץ וסרסל לפעילות Deep-Sea

(הרחבה ביותר של AUVs חייב לשרוד לחצים מעל 16,000 psi בעומק האוקיינוס מלא (11,000 מטר) (FLT:0Titanium scioFLT:1) מעדיפים את הכוח כמעט שווה בכל הכיוונים והתנגדות טבועה לריכוזי מתח - תחום מפיץ לחץ אחיד, צמצום כללי קימ"ד, בדרך כלל מצמצם את היקף ה-1.5F2DN של פעולות של ציוד חשמליות, אך דורש פעולות של 1.5F2DN-F.

(FLT:0) כלי לחץ מצטברים 1 - סיבי פחמן חדורים מעל טיטניום או פולינרית פולימר - חיסכון במשקל של 20-30% על כל עיצובים ממתכתיים.עם זאת, ארוך טווח מצמרר תחת לחץ מתמשך והשפעה מפני עומסים מרעיפים נותרו חששות.כל רכיב לחץ, כולל מברשות ומחברים, חייב להיות מדורג עד לעומק של כמה אלקטרוניקה, אך ורק ל-Garreekreshreshreshreveded to be asp; אבל הם משתמשים באפליקציות גבוהות יותר, אך ורק עם זאת, אך ורק עם זאת, ללא לחץ חשמליות גבוהה.

התנגדות לשומן והשפעה בסביבה דינמית

(הופנה מהדף אזורי החוף סיכון התנגשות עם סלעים, עגינה או כלי שיט hulls. Outer Fairings עשויים FLT:0yapolyethylene לוחות 1 LT 1 או FLT:2 מחסומים סנכרון קצף צולבים 3 לשמש כמגרשים מקודשים בעומק, דליפה קטנה עקב השפעה עלולה לעלות ללא הפרעה עד לציפוי מים חמים (Ricial Reduction) אשר כוללים טיפול ב- 5.

עייפות מלחץ מחזורי וטעינה הידרודינמית מצטברת מעל מאות הצלילות. Steels יש גבול עייפות מתחתיו סדקים אינם propagate; אלומיניום וטיטניום אינם, כך אפילו מחזורי מתח קטנים חייב להיחשב ניתוח אלמנט פיני (FEA) בשילוב עם עקומות S-N חומרית צופה חיי רכיב, המאפשר החלפת מבוסס לוח זמנים של מתחים מהירים ואלמנטים כחולים, למשל, עם רכיבי FV מופחתים, עם גרף של 5,000 ליטרים.

תאימות חומרית עם Onboard Electronics וחיישנים

הגנה אלקטרומגנטית וזיהוי שקיפות

(ממגנטים רגישים וחיישנים שדה חשמלי דורשים סביבה נקייה אלקטרומגנטית. חומרים פרנומגנטיים כמו פלדה פחמן ליצור אנומליות מקומיות שמדכאות נתונים.חומרים לא מגנטיים - טיטניום, 316L נירוסטה פלדה, סגסוגת אלומיניום מסוימת, ומורכבים - הם חובה בסעיפים חיישן.אפילו התוכן מעוררי העפעפיים זעירים במזרימות יכול להיות בעייתי, כך ש-VF:0 Inconel או סיליקון מהיר - עשויים להיות בשימוש בפתרונות מגנטיים בפתרונות מהירים יותר מ-Dirdicial או מ-Dirdronicial.

עבור חיישנים אקוסטיים, חומרי דיור חייבים להיות שקוף באופן אקוסטי או קרוב להתאים את האימפולס של מים (1.5×106 Pas /m) (FLT:0Polyurethanes וזכוכית-reinforceed פלסטיקsFLT:1 משמשים בדרך כלל עבור חלונות נונר.

דאגות ניהוליות

אלקטרוניקה מייצרת חום, ובים העמוק הקר, הבדלים בטמפרטורות יכולים לגרום לנפיחות בתוך דיור. ;0 [Anodized אלומיניום תנורי חום עמוק] 1 [הטמפרטורה] ביעילות מוליכים חום ממעבדים ומודולים חשמל למי הים החיצוני.חלק מהם AUVs משתמשים במחזורי שינוי פאסיבית כמו הנדסת חום לספוג ספייקטים תרמיים, בעוד ששכבות הגנה מפני אפשרויות חומריות קרות לממשקים ואפקטים, לדוגמה, כגון חום, שימוש ישיר בין מתחמיים, לבין מתחמיים חמים, כמו חומצה מכנית חום, לבין מתחמיים, כמו חומצה מכנית, כמו חומצה פולית חום, כמו גם כן, כמו חומצה פולית חום, שימוש ישירות, כמו חומצה מכנית, כמו גם על סוללות חום, כמו חומצה פולית חום, כמו חומצה פולית, כמו חומצה תרמית, כמו חומצה פולית, כמו חומצה פולית חום, כמו גם שימוש ישירות, כמו ציפויית, כמו ציפוי חום כדי לנפיחות, כמו ציפוי חום כדי לתפקוד חום כדי לנפיחות, כמו ציפוי חום כדי לנפיחות, כמו ציפוי חום כדי לנפיחות, כמו ציפוי חום, כמו ציפוי חום, כמו ציפוי חום כדי לנפיחות, כמו ציפוי חום כדי לנפיחות, כמו

בדיקות ותקני הסמכה עבור חומרים מארינס-Grade

לפני כל חומר מאומץ לבנייה של AUV, הוא עובר אימות קפדני (FLT:0ASTMSTMRE InternationalFLT:1 מספק שיטות להערכת התנגדות מבורכת (ASTM G48), קריון (ASTM G78), ונכסים מכניים תחת חשיפה למים ימיים: 2ISO 13628-8FLT 3 מכסה מערכות שליטה תת-ימית, אשר דורשות שיטות טיפוליות של ציוד משלוחים ו-FLT5, כגון בדיקות טיפוליות של כלי רכב.

בדיקה כוללת תאי תרסיס מלח (ASTM B117), בדיקות ⁇ עם צ'רטר לשעבר, ורכיבה ממושכת של אופניים בתאי hyperbaric סימולטורים של אלפי מטרים. Composites מוערכים עבור כוח ⁇ מים וקליטת מים בין-laminar במשך חודשים בלחץ. רק לאחר ביצועים עקביים לעשות חומרים לעבור ממועמד לייצור.

מגמות עתידיות: חומרים ימיים חכמים וביו- בהשראת

המונחים: self-Healing Composites

חומרים המניחים העצמיים הטמיעו מיקרו-capsules המכילים סוכני ריפוי בממטריקס פולימרי.כאשר סדק קרע את הקפסולות, הסוכן מגיב עם זרז כדי לאטום את הפער, לשחזר את השלמות המבנית.מחקרים מוקדמים ב-FLT:0Alfred Wegener InstituteFLT:1 מפגינים פוטנציאל להרחבה של החיים ללא בדיקה ידנית, בעוד שלא בייצור סטנדרטי, הוא יכול אפילו לשפר את החומרים ההחלמה הגדולים יותר.

משטחים ביומטיים ל-Gigital Reduction

העור של כרישים מהירים מעורר השראה לסרטים סרטנים וציפויים מעוצבים אשר מפחיתים חיכוך עור סוער עד 10%. Applied to AUV Fairings ו- blades, פני השטח האלה להאריך טווח ללא יכולת סוללות מוגברת.FLT:0 מחקר לאומי מכון מחקר לאומי של יפןFLT:1 נבדק ציפויים כאלה על כלי בקנה מידה מלא, ו- AUV מתאימים גם לשילוב עצמי.

ייצור תוספתי עבור Components Custom

הדפסה תלת מימדית של דיור לחץ וחבטים מבניים באמצעות אבקת טיטניום או פולימרים בעלי ביצועים גבוהים צובר מתח. לייזר סלקטיבי התכה (SLM) של טיטניום יכול לייצר גמmetries מורכבים עם פסולת חומרית מופחתת, בעוד רכיבי PEEK מודפסים מראים כוח מעולה והתנגדות קורוזית.עם זאת, התוסף מציג תכונות aisotropic ו porosity פוטנציאלי הדורשים לאחר עיבוד ואפקטיביות גבוהה עבור כלי שיטורדציה הדפסה, במיוחד עבור לחץ רכב חלופית.

השפעה כלכלית וסביבתית של בחירה חומרית

החלטות חומריות יש עלויות מחזור חיים במורד הזרם.A אלומיניום בעלות נמוכה יותר AUV הדורשות תכופים, החלפת ode ותיקון קורוזיה עשויים בסופו של דבר לעלות יותר מאשר גרסת טיטניום עם מינימום upkeep.עבור מפעילי צי המנהלים עשרות כלי רכב, תחזוקה downtime הוא מדד מפתח.חומרים אשר מרחיבים מרווחי שירות לשפר את המוכנות התפעולית ולהפחית את העלות הכוללת.

קיימות גם צוברת דגש. מרכיבים מלוטשים שנעשו ממרכיבים שאינם ניתנים למחזור או צבעים נוגדי מיקוד רעילים יכולים לפגוע במערכות אקולוגיות ימיות.התעשייה בוחנת ירידות ביודות (למשל, חומצה פולילאקטית), מינרלים הניתנים למחזוריים ממוחזרים, ומערכות לא רעילות.

הדרך קדימה לחדשנות חומרית

דחיפה חסרת פשרות כלפי משימות עמוקות יותר, ארוכות יותר ואוטונומיות יותר מבטיחה כי מדע החומר נשאר מרכזי לפיתוח AUV.שום חומר יחיד פותר כל אתגר; אלא גישה ברמת מערכות שמשלבת מסובכות, מתכות, פולימרים וקרמיקה לתוך שילוב, corrosion- מבוקרת של חומרים נבחרים כיום, כמו כלי מודל חישוביים, יכול לדמות שנים של שירות בשבועות, אימוץ של חומרי גלם חדשים, כמו חומרי גלם של כדור הארץ, אשר יהיו בטוחים יותר, כמו אלה, אשר יהיו בטווח הארוך ביותר, כמו כלי רכב יציבים, אשר יהיו יציבים, אשר יהיו יציבים, כמו גם שלושה ימים של כדור הארץ, אשר יהיו יציבים, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו כלי רכב חדשים, אשר יהיו בטוחים יותר.