Deniz Malzemeler: Özerk Sualtı Araç Performansının Arka kemiği
Özerk Sualtı Araçları (AUVs) deneysel prototiplerden okyanus bilimi, deniz enerjisi, deniz operasyonları ve derin deniz madenciliği için temel iş akışlarına kadar evrimleşmiştir. Bu uncrewed platformları Dünyadaki en aşırı çevreyi ele geçirdi - Hidrostatik basınç tam okyanus derinliğine, tuz suları sürekli olarak maruz kalan yüzeylere ve deniz yaşamı agresif bir şekilde her sert yüzeyin en yüksekliğini tanımlayacaktır.
AUV Design'daki Malzeme Biliminin Eleştirel Rolü
Yüzey teknelerinin veya yarıklı ROV'lerin aksine, AUV'ler sürekli insan müdahalesi olmadan çalışır. Tek bir dalış, ilk yapısal çerçeveden en küçük O-ring ile bağlantıya kadar, döngüsel basınç yüklemeye ve korvanatif deniz suyunu ortadan kaldırır.Bu özerklik, araçtan gelen bir yetenek kontrole olumlu katkıda bulunurken, araçtan gelen her bileşene ve profiline olumlu katkıda bulunacaktır.
Kilo ve bebek yönetimi temel ticaret oluşturur. Çok yoğun olan bir AUV aşırı derecede ağır bakımlı köpük, iç hacmi tüketmek ve hidrodinamik sürüklenmek. Çok hafif olan biri ağır top, en iyi şekilde yük dengelemek için en iyi tasarım, yüksek güçlendirici bir çiftliği kullanarak, düşük hacimli yüzeylere sahip olmak için bir titanyum baskı kullanır: titanyum alaşımlar, karbon fiberler ve sintactic köpük. Örneğin, derinleştirilmiş bir zeminde bulunan bir zeminde yüksek çözünürlükte bir şekilde kullanılabilir.
Çevrimdışı yükleme altında Durability eşit derecede kritiktir. AUVs, operasyonel yaşamlarında binlerce dalış gerçekleştirebilir, özellikle de baskı diferansiyel basıncın hull ve presssiyonel olarak yüksek çözünürlükte alüminyum alaşımları aşması gerekir. 6061-T6 gibi yüksek çözünürlükte, cömertçe analiz ve düzgün geçişler doldurmazsa binlerce döngüyü başarısız olur.
Son olarak, malzemeler sensör ödeme yükü ile yakından etkileşime girer. Bir ferromanyetik hull hull erodik bir konut alüminyum hull'u okuyabiliyor; optik olarak saçılma penceresini azaltır kamera açıklıklarını azaltırken, birçok AUV'da cam-rejik betonla yapısal bütünlüğü, akustik olarak uyumlu plastikleri eşleme ve netlikle eşleştirir. Örneğin, Slocum glider alüminyum bir hull kullanır ama magnetometreyi metalden ayırmak için uzun bir bomdaki yerini tutar.
Özerk Sualtı Araçları için Ortak Malzeme Kategoriler
Kompozit Malzemeler: Karbon Fiber, Cam Fiber ve Aramid
Fiber-reinforced polimer kompozitleri, çelik -ve metallerin aksine, CFRP deniz suyunda düzgün bir şekilde korozyona maruz kalmamalı, ancak iletken karbon fiberler temasa geçer.
[FONT=0)Glass fiber takviye polimerler (GFRP)) hulls of small AUVs and perfect akustik şeffaflık, onları transdüser pencereler için ideal hale getirir. E-camlar ve fiberler, vinyl ester matrixi, mikro-kürücük yükleri altında yüksek basınç kontrolü için iyi bir direnç sunar.
Gelişmiş Alaşımlar: Titanyum, alüminyum ve paslanmaz çelik
Derince AUV'ler baskılara maruz kalıyorlar 6.000 psi, metaller baskıya dayanıklı yapıların arka kemiği olarak kalıyor. 0:0)Titanium alaşımları[Dönetici: 1) özellikle Ti-6Al-4V, deniz suyu ve metalik olmayan yüzeylerde olağanüstü korozyonla ilgili özel bir gücü birleştirir.
[FONT=0]Marine-grad alüminyum[[Dönetici: 1 ), 5083, 6061-T6), su geçirmez veya sert bir şekilde kullanıldığında, alüminyum bir kaplama ve klorür, özellikle sıcak, hafif sular üzerinde, daha güçlü metaller için kullanılabilir.
Mühendisli Polimerler ve Elastomerler
Termoplastikler ve elastomerler AUV inşaatında çeşitli rollere hizmet eder.ETHFLT:0) Yüksek çözünürlükte (Delrin)) ve polipropilenler düşük (C) için kullanılabilir.[Delrin)[C)[tr|Cumartlı basınçlar, yüksek çözünürlükte ve düşük basınçlar için kullanılabilir.[C)[C)[Cumartlı basınçlar için uygundur.
[FONT=0)Polyurethane elastomerler[DDDDDDDDDDD) için sönüllüler için eksperatif köpük ve araçta rasyonalize edilen burun ve kuyruklar için gerekli olan s.For optik görünümleri için[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
Seramikler, Cam ve Syntactic Köpük
Kameralar ve aydınlatma sistemleri üzerindeki optik görünümler baskıya dayanıklı malzemelere güveniyor.ETHFLT:0)Sapphire cam[Dönetici: 1) olağanüstü sert ve sıfır direnci sunuyor, derinliklere 6.000 metreden fazla açıklık sağlar. yüksek refraktif indeksi anti-refleksiyon kaplamaları gerektirir, ancak benzersiz bir dayanıklılık sağlar. Borosilicate cam orta derinlemesine uygulamalar için maliyet-ta etkisiz bir alternatiftir.
[FONT=0]Syntactic köpük[Dönetici: 0,0) - bir epoxy veya poliurethane matrixinde boş cam mikrosiyonel yüzeyler için hassas bir şekilde ısıtılabilir.
[FONT:0]Zirconia-toughed alumina (ZTA)[DÜT:1) Seramikler, yüksek gerilimli indüktörler ve konektörler için kullanılır, tam okyanus derinliğinde bile dielektrik gücü stabilize edilir.
Korozyon ve Biyofouling: Malzeme Challenges
Galvanic Korozyon Multi-Mal Assemblies
Seawater oldukça iletken bir elektrolit ve kötü bir şekilde bir araya getirilen AUV, metaller elektrikle bağlantılı olduğunda, daha az soylu metal korrodes tercih edilir. Klasik bir örnek, alüminyum veya çelik bileşenleri ile temasta olan paslanmaz çelik bağlantıdır: alüminyum korrodlar elektrikten izole edilmiş betonlar, beton kaplamalar ve kaplamalar dahil olmak üzere hızla çalışır.
Biyofouling Önleme ve Anti-Fouling Kaplamalar
Deniz organizmaları -barnacles, algler, hidroler - AUV yüzeyleri kolonileştirmek,% 40'a kadar ve yüksek çözünürlükte sensör pencereleri ile çatışmak için, fırçalar ile el yıkamak için yeterince iyi bir şekilde çalışır.(Çevrilmiş))
Yapısal Dürüstlük Aşırı Basınç Altında
Deep-Sea Operasyonları için Basınç Gemi Tasarımı
En derin AUV'lar, tüm yönlerde ve doğal direnişin tümünde 16.000 psi'i tam okyanus derinliğinde (11.000 metre) psi'yi ayakta tutmalıdır[Dönemli AUVS[Dönemli AUVS)[Dönemli AUV'ler, yüksek çözünürlükte yüksek basınç kontrolleri için daha fazla alanlı sınıflar için daha verimlidir.
[FONT=0]Composite basınç gemileri) - bir titanyum veya polimer liner üzerinde karbon fiber - tüm metal tasarımlarında% 20-30'luk ortalama tasarruflar. Ancak, uzun vadeli baskı altında kalıcı baskı ve olumsuzluk endişeleri olmadan uygulamalarla sınırlı. Her baskı sınırı bileşeni, kablo penetratörler ve konektörleri dahil olmak üzere, elektroniklerle dolu cam küreler tam olarak kullanılmaktadır.
Yağı ve Dinamik Ortamlarda Etki Direnişi
Kıyı bölgelerinde faaliyet gösterenUV'ler kayalarla çarpışma, büsler veya gemi hulls. Dış fuarlar, incelal paneller ) veya [[Döneticileri[Döneticileri) ile birlikte, acil durum ortaya çıkan sensörlerin (Dörtücükürücükürüm) içine girenler, tehlikeli bir şekilde zarar verenler tarafından yapılan baskıya karşı yapılan baskılar nedeniyle, tehlikeli çözümlerden önce, tehlikeli olmayan baskılar için, yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunanlar tarafından yapılan baskıya maruz kalanlar.
Çevrim basıncı ve hidroelektrik yüklemesi yüzlerce elden çıkar. Çelikler, yorulmaya dayalı taşıyıcıların ve yapısal elemanların değiştirilmesine izin vermek için bir yorgunluk sınırına sahiptir.For example, Bluefin 21 AUV bile küçük bir stres döngüsü alüminyum hull olarak kabul edilmelidir.
Onboard Electronics ve Sensörler ile Malzeme Uyumluluk
Elektromanyetik Shielding ve Signal Transparency
Hassas magnetometreler ve elektrik alanı sensörleri elektromanyetik olarak temiz bir ortam gerektirir. Karbon çelik gibi metalik malzemeler yerel olmayan verileri bozuyor.Aksiyel olmayan malzemeler -ttanium, 316L paslanmaz çelik, bazı alüminyum alaşımlar ve kompozitler - sensör bölümlerinde zorunlu olan.Sürücüklerdeki küçük demir çelikler bile problemli olabilir, bu nedenle ACT:0Inconel veya silikon bronz taşıyıcılar) kritik yerlerde kullanılır.
Akustik sensörler için konut malzemeleri akustik olarak şeffaf veya yakından su (1.5×106 Pa·s/m) ile eşleştirilir.[0)Polyurethanes ve cam-reinforce plastikler) genellikle son derece düşük çözünürlükte ses çıkarmak için kullanılır. Motor kontrolleri için iletken metal muhafazalar elektromanyetik müdahaleyi en aza indirmek için hassas antenlerden uzak olmalıdır. Bazı gelişmiş AUVs ve cam-reinforce pencereler” kullanılarak yapılır.
Termal Yönetim Endişeleri
Elektronik ısı yaratır ve soğuk derin denizlerde, sıcaklık farklılıkları, su kaynaklarını absorbe etmek için yağdırabilir.ETHFLT:0)Ködüllü alüminyum ısı batağı[Döneticileri ve güç modüllerini dış deniz su sularına etkili bir şekilde yürütür. Örneğin, Slocumder, sıcak çevrimler arasındaki sıcak ısı geçişi için sıcak bir ısı geçişi gibi pasif bir ısı sistemi kullanır ve ısıtılır.
Deniz-Grade Malzemeler için Test ve Sertifika Standartları
Herhangi bir malzeme AUV inşaatı için kabul edilmeden önce, titiz bir şekilde geçerlidir.ETHFLT:0)IUS[DÜT:1)) AUV tasarımcıların ekstraksiyon prosedürlerini değerlendirme yöntemleri sunar (ASTM G48), crevice korozyonu (ASTM G78) ve deniz su maruziyeti altındaki mekanik özellikler. [ASTM G78).
Test, tuz sprey odaları (ASTM B117), immersion testleri crevice eskileri ile donatılmıştır ve hiperbaric odalarda bisikletli baskılar binlerce metreden oluşan 6.000 metrelik bir yığın basınç ve su absorpsiyonları baskı altında aylarca değerlendirilmektedir.Sadece tutarlı performans test edildikten sonra, su yukarı doğrultma ve boyutlandırması için çalışır.
Future Trends: Smart ve Bio-Inspired Marine Materials
Kendi kendini kınayan
Kendi kendine özgü malzemeler, polimer matrixte şifa ajanları içeren mikrokapılar içeriyor. Kapsülleri kırarken, ajan boşlukları mühürlemek için bir katalizörle tepki verir ve uzun görevler sırasında araç kullanılabilirliğini artırabilir. Araştırmaya göre, vasküler öz-öfke Wegener Institute) daha büyük bir yaralama olmadan gecikmeye yol açan bir taşıyıcıya yol açan bir sistem daha büyük zarar verir.
Drag Azaltma için Biyomimetic Surfaces
Hızlı kesmeli köpekbalığının derisi, yüksek çözünürlükte olan küçük çaplı tekneler ile bu yüzeylere kadar uzanan küçük çaplı kaplamalar ve desenli kaplamalar ilham verdi.Tecringbatik dokular, yüksek çözünürlükte hızlanıyor.(0)Ulusal Deniz Araştırmaları Japonya Enstitüsü), organik yüzeylerde bu tür kaplamaları tam ölçekli gemilerde test etti ve AUV üreticileri entegrasyonlarını keşfetmeye başlıyor. Biyomimetik dokular.
Özel Bileşenler için Katkı İmalatı
3D baskı konutları ve yapısal paraları titanyum toz veya yüksek performanslı polimerleri kullanarak baskı baskı baskı baskıları. Selective lazer makülatörü (SLM) titanyumu kullanarak karmaşık geometriler üretebilir, ancak basılı PEEK bileşenleri mükemmel bir güç ve korozyon direnci gösterir. ancak, katkı süreci, işleyici özellikleri ve potansiyel porosity'yi posta işleme ve titiz test gerektiren bir şekilde tanıtabilir. Özel sensör hatları ve baskı hulls talep üzerine baskı yapmak için yeteneği AUV üretim ve onarımı, özellikle de küçük filolar için, araçlama maliyetleri yasaklanabilir.
Malzeme Seçmenliğinin Ekonomik ve Çevresel Etkileri
Malzeme kararları düşük yaşam döngüsü maliyetlerine sahiptir. Daha düşük maliyetli bir alüminyum AUV, sık sık boyama gerektirir, bir düğüm değiştirme ve korozyon onarımı en az bakım ile planlanan bir titanyum bağlantı hattının kullanımı daha düşük bakım ile planlanabilir.For filosu operatörleri için düzinelerce araç, bakım süresi, hizmet aralıkları geliştirmek için operasyonel hazırlığı artırmak ve toplam mülkiyet maliyeti azaltır. Örneğin, Hugin serisindeki titanyum taşıyıcıların ve hibrid kompozit-metal inşaatının kullanılması, daha önce tüm ışık tasarımlarla belirlenen% 30 oranında azaltılabilir.
Sürdürülebilirlik ayrıca vurgulanır. Güvenilir olmayan kompozitlerden veya toksik anti-fouling boyalarının deniz ekosistemlerine zarar verebilir. Endüstri, biyodegrad edilebilir adilleştirilmiş betonları (örneğin, polilactic asit), recyclable termoplastikler ve yeni polimerlere geri dönüştürülemez.
AUV Material Innovation için yol Forward
Daha derin, daha uzun ve daha fazla özerk görevler, malzeme biliminin AUV gelişimine merkezi kalmasını sağlar. Her meydan okumayı çözmez; daha doğrusu, kompozitler, metaller, polimerler ve seramikler, entegre edilmiş bir şekilde, korozyon kontrollü bir montaj kanıtlanmış bir yol olacaktır. Hesaplamalı modelleme araçları geliştirmek, mühendisler haftalar içinde hizmetten yıllar sonra, kendi baskılı polimerler ve 3D-printed titanyum gibi yeni bir yaklaşım. Sonuç, daha dayanıklı bir şekilde, daha dayanıklı bir şekilde, daha dayanıklı bir okyanus malzemelerinin en uzun sürelerini keşfedebilir.