Giriş: Unseen Frontier'in Güçlendirilmesi
Derin okyanus, Dünya'daki en az araştırılan bölgelerden biri olarak kalır, bu aşırı ortamlardaki tahminlerin %80'i hala kurtarılmamış ve kurtarılmamıştır. Robotik Explorers -remotely, elektrik tahrik sistemleri ve elektrik tahrik araçları (AUVs) ve otonom sualtı araçları (AUVs) - bu aşırı ortamlardaki önemli bir araç haline gelir.Bu misyonların kalbindeki kazıma ve enerji tasarrufuna karşı yapılan araştırmalarda, gerçek enerji tasarrufuna ve elektrik akımına karşı yapılan araştırmalarda, gerçek enerji tasarrufuna karşı yapılan araştırmalarda, gerçek bir araştırma ve araştırma yöntemlerine sahiptir.
Sualtı Robotları Için Elektrikli Taht Nedir?
Derin deniz robotlarında elektrik tahrik sistemleri bir veya daha fazla elektrik motor kullanır -tipsiz DC motorlar veya kalıcı mıknatıs senkronizasyonlu motorlar - tahrik pervaneleri, itkiler veya diğer lokomotion mekanizmaları. Motor, elektrik enerjisinin bir üst düzey enerji kaynağından (battery, yakıt hücresi veya hibrit sistem) mekanik bir tonlatlı motorlar veya doğrudan şarjlı bir basınçla ve sabit bir ısıtılır.
Bir Elektrikli Taht Sisteminin Anahtar Bileşenleri
- [FONT:0)Elektrik Motoru: [Dönetici: [Dönetici:0) Tipik olarak fırçasız bir DC (BLDC) motor veya yüksek verimlilik ve tork yoğunluğu için kalıcı bir mıknatıs senkronizasyonu (PMSM). Bu motorlar genellikle petrol dolu veya dolu bir basınça dayanmış.
- [FONT=0) Motor Controller/Drive:[Dönetici:[Dönetici: · 1 ) DC batarya gerilimini motor hızı ve toklama sırasında enerji kurtarma için tekrarjeneratif frenleme desteği sağlar.
- [FONT:0)Propeller veya Thruster: Düşük kalibre için tasarlanmış ve düşük hızlarda yüksek iteratörler manevra kabiliyeti için yaygındır.
- [FONT:0)Power Source:[Dönetici: [Dönetici: 0,3|enerji depolamak ve elektrik enerji sağlamak için depolanan bataryalar, yakıt hücreleri veya süper kapasitelayıcılar. Sistem, yük devrelerine karşı korumak için güç yönetim birimleri içerebilir ve koruyabilir.
- [FONT:0]Deniz ve Basınç Ücreti: Petrol dolu konutlar, baskı dolu petrol dolu (PBOF) penetratörler ve seramik yemleri, basınç eşitleştirme izin verirken deniz suyunu önlemek için kullanılır. Yüksek performanslı elektrikli tahrik sistemleri 6.000 metreden fazla derinlikler için derecelendirilmiştir.
Elektrikli Propulsion'in Derin-Deniz Robotları'nda Avantajları
Elektrikli tahrik büyük ölçüde, üstün performans özellikleri nedeniyle modern derin deniz robotlarında dikilmiş hidrolik ve pnömatik sistemlere sahiptir. Aşağıda her avantajı ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.
Yüksek Verimlilik ve Genişletilmiş Misyon Süreli
Elektrikli motorlar, geniş bir ton-hız aralığında 85-95 effici kapasiteye sahip olur, şimdiye kadar yanma motorlarını (% 20–40-60) ve hidrolik sistemler (40-60%) doğrudan, hidrolik bir akü kapasitesi ile daha uzun bir görevde ROV, verilen bir hidrolik AUVİLD:0)Bathynomus[Döneticileri kullanarak, daha kompakt tasarımları kullanarak, daha kompakt tasarımları kullanarak çalışır.
Precise Control and Maneuverability
Elektrikli tahrik, yüksek çözünürlükte hızlı, iyi bir şekilde kontrol sağlar. AUVs, temelsel ölçüm modellerini santimetre seviyesindeki eğimli doğrulama ile yürütebilir, ROVs istasyonu güçlü akımlarla tutabilir ve alt metre pozisyonundaki hidrolik stabilite ile devre dışı bırakabilir.Bu hassas, derin deniz mercanları, bilimsel aletleri manipüle etmek veya sualtı altyapı incelemesine izin verebilir. Dijital motor kontrolörleri dinamik frenleme, yumuşak başlangıç ve kapalı-loop hız düzenlemeleri ile devre dışı bırakmak, kapaklı hidrolik devre dışı bırakmak gibi görevler için önemlidir.
Gürültü ve Deniz Hayatı Etkilerini Azaltır
Geleneksel tahrik yöntemleri, motor yanmasından önemli akustik gürültü üretir, dişli trenleri ve hidrolik pompalar. Elektrikli motorlar, özellikle doğrudan sürücü konfigürasyonları kullanırken, önemli ölçüde daha düşük ses seviyeleri üretir - 1 m'de 60 dB redüksiyon 1 μPa'yi azaltır ve bu sessiz operasyon elif derin denizler üzerinde çalışmak için kritiktir.
Düşük Bakım ve Geliştirilen Yeniden edilebilirlik
Birkaç hareketli parça ve yüksek basınçlı hidrolik sıvı için mühürler olmadan, elektrikli tahrik sistemleri hidrolik veya mekanik sürücülere kıyasla daha az sık bakım gerektirir. Elektrikli motorlar fırça değiştirme veya petrol değişiklikleri olmadan binlerce saat boyunca çalıştırılabilir.Demir derin deniz operasyonlarının riskini ortadan kaldırır - bir araç bir onarım tesisinden binlerce kilometre uzakta olabilir - bu güvenilirlik önemli bir operasyonel avantajdır.
Scalability and Atariity
Elektrikli itkiler küçük mikro-ROV'lerden ölçeklenebilir (10 kg'dan fazla) ultra deniz maden araçlarının (100 ton) motorlarını kullanarak farklı güç derecelendirmelerini kullanarak. Aynı kontrol mimarisi ve batarya teknolojisi, geliştirme maliyetlerini ve eğitim koşullarını azaltılabilir.
Elektrik Propulsion için güç kaynakları
Enerji yoğunluğu, güç yoğunluğu ve güç kaynağının güvenliği doğrudan derin deniz robotunun dayanıklılık, derinlik derecelendirmesi ve operasyonel profili belirlemek için başlangıçtır. Üç temel güç kaynağı bugün kullanılır: şarj edilebilir bataryalar, yakıt hücreleri ve hibrit sistemler.
Lityum-ion Pilleri: Workhorse
Lityum-iyon (Li-ion) bataryalar modern derin deniz robotlarına hükmediyor, 200-300 Wh/kg'lık baskılarda 600 bara kadar baskılarda enerji kirliliği sunuyor. Yüksek kapasiteli paketler, silindirik 18650 veya prismatic hücrelerden inşa edilmiş ve 4,500 metrede dayanıklılık sağlamak için 16 kWh Li-ion batarya kullanıyor.
Solid-State Battery: Sonraki Sınır
Katı devlet pilleri sıvı elektrolit ile sağlam bir seramik veya polimer elektrolit ile yerini alır, daha yüksek enerji arılarına (400-500 Wh/kg potansiyel) ve flammability risklerinin ortadan kaldırılmasına izin verir.Ancak, hala geliştirmede prototip katı devlet paketleri, yüksek çözünürlükte 11.000 metre derinliğine eşdeğer olarak test edilebilir.
Yakıt Hücreleri: Genişletilmiş Misyonlar için Yüksek Enerji Yoğunluğu
Hidrojen-oxygen yakıt hücreleri, Tokyo Üniversitesi tarafından geliştirilen üç ila beş kez, 96 saat dayanıklılık elde etmek için sıkıştırılmış hidrojen depolamasını (günde haftalar) sağlar.
Denizden Enerji
Bazı derin deniz robotları birincil enerji üretimi teknolojileri ile tedariklerini tamamlamaktadır.ETHFLT:0)Solar paneller)[Su yüzeyleri, su ve soğuk sular arasındaki sıcaklık farkı kullanarak, elektrik üretmek için kullanılırlar.)
Derin deniz Robotlarında Elektrikli Taht Edilmesi
Birçok faydasına rağmen, elektrik tahrik teknolojisi derin deniz ortamı tarafından uygulanan çeşitli dışsal zorluklarla aşmalıdır.
Hidrostatik Baskı ve Bütünleme
6.000 metre derinlikte, baskı 600 barı aşıyor (60 MPa). Elektrikli motorlar ve elektronik kontrolörleri sadece sığ su için derece dayanıklı muhafazalar (tipik olarak titanyum veya seramik) veya basınç azaltıcı petrol dolu (PBOF) odalarının üzerinde çalışır. PBOF tasarımları, iç yağın çevre basıncıyla eşitleştirilmesine izin verir, standart motor bileşenlerin kullanımı için sadece sığ su için derecelendirilmelidir, ancak petrol vizolojisi ve termal genişlemenin dikkatli bir şekilde yönetilmesini gerektirir.
Enerji Yoğunluğu Limitleri
Mevcut batarya teknolojisi, on saat süren görevler için yeterli enerji sağlar, ancak haftalarca transkript anketleri veya sürekli operasyon gerektiren deniz ürünleri kampanyalarının kısa sürede tüketilir. Yakıt hücreleri daha yüksek enerji yoğunluğu sunar ancak hidrojen depolama ve su yönetimi karmaşıklığı sağlar.
Yüksek Basınçlı Yüksek Basınçlı Yönetimi
Elektrikli motorlar ve güç elektronikleri, dış ısı değiştiricileri kullanarak atık ısısı yaratır, doğal konveksiyon baskılanır ve deniz suyu yüksek ısı iletken bir zeminde motor tamamen sömürülemez, çünkü dış ısı değiştiricileri kullanan aktif soğutma sistemleri yüksek güçlendiricileri için gereklidir.
Korozyon ve Biyofouling
Deniz suyu metallere ve birçok polimere oldukça korealdir. Elektrikli motorlar ve konektörler korozyona dayanıklı malzemelerle (titanyum, paslanmaz çelik 316L, Monel) veya kaplamalar (nickel-ceramic kompozitler) Biyofouling - barnacles, algler ve diğer organizmaların birikimi - betonarme performansıyla korumalıdır ve artacaktır.
Gerçek Dünya Deep-Sea Robotları Elektrikli Taht Kullanıyor
ROV Jason (Woods Hole Oceanografik Institution)
ROVFL:0)Jason[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜ: 0 0 )Jason [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜSÜSÜSÜSTÜSİADİ], elektrik tahrik sistemi, yüzeyli bir kablo ile takviyeli, görüntüleme ve araç dağıtım için hassas bir kontrol sağlar. Jason, hidrotermal ekosistemin tam anlamıyla baskı altında, Rolojiden tam bir yüzeysel ekosistemin tahrip edilmesi için kullanılır.
AUV Sentry (Woods Hole Oceanografik Institution)
[FONT=0]Sentry[Dönetici:0) AUV, deniz zeminini 4,500 metreye kadar haritalayabilme yeteneğine sahip bir otonom derin deniz aracıdır.Çok fazla şarj ve dört 0.75 kW elektrikli iterleri kullanarak, lityum-iyon akü paketlerine kadar tahrik eder. Sentry'nin elektrikli tahrikli, yüksek çözünürlüklü yüksek çözünürlükte iki 1.5 kW elektrik iter kullanır.
Hibrit ROV / AUV Laf Buz Altında (WHOI)
[FONT:0]Nereid Under Ice (NUI))[Ücretsiz bir ROV / AUV), buz rafları altında keşif için tasarlanmış bir hibrit ROV / AUVS (Cumhurma) olarak çalışabilir.
Future Developments ve Gelişen Trendler
Kablosuz Inductive Şarj ve Docking
Yeniden kayıt olmadan görev süresini uzatın, araştırma ekipleri, güç kablosuz olarak kanallarını kanalize edebilecek olan istasyonları geliştiriyorlar.AUVs gibi, methanesi gibi derin deniz süreçleri izlemesine izin verebilirler.[DÜDÜŞÜNCÜDÜDÜŞÜNCÜDÜŞÜNÜŞÜNÜDÜŞÜNÜDÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ
Optimal Güç Yönetimi için Entegre AI
Yapay zeka ve makine öğrenme algoritmaları, okyanus akımlarına, su yoğunluklarına dayanan enerji kullanımını optimize etmek için görev planlayıcılarına entegre edilmiştir.AUV, hızını ayarlayabilir ve enerji tüketimini en aza indirmek için gerçek zamanlı olarak hareket edebilir, bu yaklaşım, “enerjiye dikkat edinen yol planlama” olarak adlandırılır.
Hybrid ElectricHydraulic Systems
Derin deniz delme veya ağır nesne manipülasyonu gibi çok yüksek kuvvet işleri için, saf elektrik hareketsizliği henüz yeterli tonluk yoğunluğu sağlayabilir. Hybrid sistemler - hem dayanıklılık hem de bruteatörlerin ihtiyaç duyduğu hidrolik pompa kullanmak için elektrikli motorlar.
Hafif Propulsion için Gelişmiş Malzemeler
Metal motor konutlarının (D baskı) üretimi, pervaneler ve baskı vakaları, hidrodinamikleri geliştiren karmaşık geometrileri azaltabilir ve örneğin, lattice-yapılı pervaneler, titanyum alaşımlarından baskılanan gazları% 40 oranında azaltabilir, doğrudan artan ücret kapasitesi veya dayanıklılık sağlar.
Deep-Sea Energy Storage Beyond Battery
Uzun vadeli, araştırmacılar enerji depolamasını faz değiştirme malzemeleri (PCMs) kullanarak keşfediyor veya düşük maliyetli, uzun vadeli bir güç için esnek mesanelerde sıkıştırıyor.Bular yüksek güç şarjı için bataryaları değiştirmenin olası olmamasına rağmen, elektrik üretmek için küçük bir türe sahip olabilirler - bir zamanda fiyat testine göre test edilebilir.
Sonuç: Deniz Keşifleri için Bir Vakıf Olarak Elektrikli Propulsion
Elektrikli tahrik, gelişmiş derin deniz araştırma robotları için standart haline geldi, sadece bir nesil önce hayal kırıklığına uğratılmış olan keşifler sundu - Antarktika buz raflarının altındaki yüksek frekanslı kanallardan daha derin bir şekilde faydalanmalarını istedi.
[FONT:0) Daha fazla okuma için aşağıdaki kaynaklara bakınız: [[FONTT:1]Woods Hole Ocean Research ( Underwater Tools) ve Underwater Tools için Enerji Depolama Sistemi)[FLT: 9)[FLT: 5 )