Underwater Tools için Elektrikli Propulsion Giriş

Yüksek performanslı sualtı araçları için elektrikli tahrik sistemleri tasarlamak, enerji, verimlilik ve güvenilirlik en yüksek sualtı platformları için en yüksek sualtı araçlarından farklı olarak, sualtı araçlarının yoğun tuzlu su altında çalışması gerekir; çünkü düşük hızlarda yüksek tork, ve genellikle geleneksel yanma veya hidrolik sistemler için baskın çözüm olarak ortaya çıktı.

Elektrikli tahrike giden değişim, batarya kimyagerleri, kalıcı mıknatıs motor teknolojisi ve dijital kontrol sistemleri tarafından hızlı manevra için yüksek güç sunabilen mühendisler tarafından yönlendirilir.Bu makale, temel bileşenleri, tasarım ticaret-offlarını ve dijital kontrol sistemlerini keşfeder.

Elektrikli Taht Sistemlerinin Temelleri

Sualtı araçları için her elektrik tahrik sistemi üç birincil alt sistemden oluşur: motor, güç kaynağı ve kontrol elektronik. Her biri birim hacmi ve ağırlığına azami ölçüde sabit tutmak için mühendis olmalıdır.

Elektrikli Motors: Thrust ve Verimlilik

Elektrikli motor, tahrik sisteminin kalbidir. Sualtı araçları için, en yaygın motor topolojileri fırçasız DC (BLDC) ve kalıcı mıknatıs senkronizasyonlu motorlar (PMSM) Bu tasarım yüksek güç yoğunluğu, mükemmel kısmi yük verimliliği ve minimum bakım sağlar, çünkü onlar aşınma ve üretmekte güçlük çekiyorlar.

Son yenilikler, düşük devrimlerde pusuyu azaltmak ve düzgün bir şekilde geliştirmek için [Dönderli denklemler ve mühürlenmiş konektörler:2).

Güç Kaynağı: Piller ve Öteki

Lityum-iyon aküleri, sualtı elektrik araçları için standart güç kaynağıdır. yüksek enerji yoğunlukları (tipik olarak 150-250 Wh/kg paket seviyesinde) pratik görev süresine izin verir (NMC)) Genellikle LFP daha iyi termal stabilite ve NMC teklif eder (LFP) ) ve bazı araçlar birincil çelik şarj edilebilir maksimum 500 $ (NMC)))

Enerji depolama teknolojileri, örneğin:0)lithium-sfurullar) ve [[Dönemli piller[Dönemli ve üç boyutlu enerji yoğunluğuna söz verir. paralel olarak, hidrojen depolama ve su yönetimi sistemlerindeki araştırmalar.

Kontrol Sistemleri: Hassasiyet ve Optimizasyon

Modern tahrik kontrol sistemleri basit hız düzenlemelerinin ötesine geçiyorlar.Onlar dahil olmak üzere:0)field-merkezli kontrol (FOC)) hassas tork ve hız kontrolü elde etmek için hassas bir şekilde kontrol etmek için algoritmaların, yüksek çözünürlükte enerji akışını optimize etmek için. Gelişmiş kontrolörler ayrıca, motor ve üst düzey yükler arasında hızlamayı da yönetir.

Birçok yüksek performanslı araç şimdi işe yaramaz:0) Bölünmüş tahrik mimarisine dağıtıldı[*], birden çok tahrikli taşıyıcının holonomik hareket ve meblağların, erkanların, erkanların, hata algılama ve düzeltmelerin başarısız olması gibi karmaşık sualtı ortamlarda manevra kabiliyetine sahip olması gerekir.

Anahtar Tasarım Tahminleri

Etkili bir elektrik tahrik sistemi geliştirmek, rekabet hedeflerini dengelemek gerektirir. Aşağıdaki faktörler herhangi bir tasarım çabasına merkezidir.

Enerji Yoğunluğu ve Güç Yönetimi

Bir aracın sonlu hacmi batarya kapasitesi üzerinde sıkı bir limit yükler. Tasarımcılar batarya büyüklüğü, yük kütlesi ve hata nedeniyle sık sık sık yüksek güç teslimatı yapar, bu yüzden birçok sistem [[Döneticiler[Döneticiler) veya [[Döneticiler:2) FİLMİŞEŞUygunluklar[Dönergeler) hız veya engellenme sırasında kısa sürede enerjik devreler işlemek için.

Pillerin ısı yönetimi de önemlidir. Yüksek deşarj oranları altında, lityum-iyon hücreleri ısıyı üretir, eğer dağınık değilse, soğuk ve doğal ısı batağı sağlar.

Hidrodinamik Verimlilik

hull ve iter düklerinin şekli, su yoluyla hareket etmek için gerekli olan gücü dramatik bir şekilde etkiler. [FONTT:0]Turbulent ve akış ayrılıkları[D) yaklaşık 1,0|Döneticileri maksimum itme gücü için atıklar.()Rim-yetercitler[D)))))))))))))))))))))))))))))))))

Hem düşük hem de yüksek hızlarda çalışmalı araçlar için, [[0|değişik-pitch pervaneler) veya [[Dönetici bıçakları[Döneticiler) yüksek hız aralığında optimal verimliliği korumak için propulsion sistemi sağlar, ancak bu mekanizmalar karmaşık ve potansiyel başarısızlık noktaları ekler, bu yüzden birçok tasarımcı basit motorlar basitliği tercih eder.

Malzeme Durability ve Korozyon Direnişi

Sualtı bileşenleri deniz suyuna vedash'e sürekli maruz kalmamalıdır; son derece agresif elektrolit.ETHFLT:0) Özellikle 316L ve duplex sınıflar için standarttır (özellikle de 316L ve duplex sınıflar için), [[Dörtücük alaşımlar[Döneticiler[Düzücüler)[FLT: 7))) ve çelikler, çelikler için standarttır.

Mütevazlar ve penetrasyonlar başka bir büyük kırılganlıktır. [Dört:0)Lip mühürler , [[Dönemli bir duvar mühürleri ) ve [[Dörtücük darbeler[Döneticiler)[Döneticileri deniz sularından izole etmek için kullanılır. Manyetik darbeler, tork geçişinin birincil sızıntı yolunu ortadan kaldırırken, birincil sızıntı yolunu ortadan kaldırırlar.

Termal Yönetim

Elektrikli motorlar ve güç elektronikleri, kalıcı mıknatısların ve yarı iletken anahtarların başarısızlıklarını önlemek için kaldırılmalıdır. Sualtı araçlarda, çevreleyen su mükemmel bir ısı batağı sağlar, ancak ısı transfer yolu dikkatli bir şekilde tasarlanmalıdır. [Dönemli soğuk plakalar[Dönemli · 1] Motor konutlar ve güç modüllerine sahip olan ısıtılır.

Gürültü ve Akoustic Signature Azal

Askeri ve bilimsel uygulamalar için akustik ses kritiktir. Elektrikli motorlar doğal olarak iç yanma motorlarından daha az gürültü üretirler, ancak elektromanyetik kuvvetlerden titreşim üretirler, rotasyon ve cavitasyon teknolojileri) Mekanik gürültüyü en aza indirmek için mekanik olarak optimize edilir.[Döneticiler.[Dönderilen yataklar)

Teknolojik Hedefler Araba Performansı

Son yıllarda sualtı elektrik tahrikinin elde edebileceği sınırları zorlamakta olan birkaç yenilik görüldü.

Yüksek verim Sürekli Magnet Motors

[FONT=0]GÖRÜSÜŞÜNCÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

[03.2015:0]A 2020 araştırması, IEEE Transactions on Transportation Electrification[[[Dönetici:0) ile 50 kW sualtı motorunu, 3.5 kW/kg'lık bir hıza kadar, bu motor sınıf küçük AUV'lar aynı hacim için daha fazla sensörler veya batarya taşımak için sağlar.

Gelişmiş Battery Chemistries

Lityum-iyon baskın kalırken, sonraki nesil bataryalar prototip aşamalara giriyorlar.ETHFLT:0)Lithium-sulfur hücreleri), lityum-metal arsaları ile ilgili teorik bir enerji yoğunluğuna sahip olmak üzere, şimdi 350 Wh/kg'a daha hafif ve daha az toksik malzeme kullanıyor, ancak döngü hayatı bir meydan okuma olarak 100-200 döngüdür.

Akıllı Kontrol Algoritmaları

Makine öğrenimi, itikat kontrolüne dönüşmektedir.:0)Reinforcement learning agents) Gerçek zamanlı olarak birden çok iterde optimal hız ve güç dağılımını öğrenebilir, hidrodinamik ve görev önceliklerini değiştirmeye olanak sağlar. Bu sistemler, modül hataları analiz ederek titreşim spektral ve mevcut imzaları da tahmin edebilir.

Tasarımda C ⁇ Akışkanlar Dinamikleri

CFD, tasarım döngüsünün ayrılmaz bir parçası haline geldi. Yüksek sadakat simülasyonları, araç hull, iter kanallarını optimize edebilir ve pervaneli cihazlar, mühendislerin bu yetenekleri daha küçük firmalara ve araştırma kurumlarına ulaşmalarını sağlar.

Uygulamalar Underwater Domain

Elektrikli tahrik, tüm sualtı araç spektrumu boyunca yeni misyonlar ve yeteneklere olanak sağlar.

Özerk Su Araçları (AUVs)

AUVs, anket, inceleme ve bilim misyonları için tamamen şarjlı elektrikli tahrike güveniyor.ŞUygunluk Kurumları) uzun vadeli bir yük devretme (Dönetici) ve sentry araçları gibi, bu da lityum-iyon akü paketlerini ve verimli fırçasız motorları 6.000 metreye kadar derinliklere ulaşmalarını sağlıyor.

Uzaktan kumandalı Araçlar (ROVs)

İş sınıfı ROV'ler, elektrikli iterlerin ağır ekipmanlarını manipüle etmesi ve mevcut pozisyonlarda pozisyon bakımı için güçlü elektrikli iterler gerektirir.0)Hydraulic iters), geleneksel olarak bu alana hakimdir, ancak tüm elektrikli ROV'ler artık motor ve batarya teknolojisindeki gelişmelerle yönlendirilir. Elektrikli itkiler yüksek verimlilik sunarlar, (daha temiz bir şekilde sıvı sızdırır).

MannedKAs ve Askeri Gemiler

Manned submersibles, araştırma denizaltıları ve askeri saldırı denizaltıları gibi, daha fazla elektrikli tahrik, birincil sürücüleri veya gelişmiş bataryaları ile donatılmış geniş bir batarya sistemi ile çalışır.[AIP)) Geleneksel denizaltılar için genellikle bir dizel jeneratörü için bir motor jeneratörü, sualtı taşımaları için geniş bir kablo sistemi kullanıyor.

Future Yol ve Gelişen Trendler

Önümüzdeki on yıl sualtı elektrik tahrik teknolojisi için derin değişiklikler getirecek.

Sonraki -Generation Energy Storage

Pillerin ötesinde,hidrojen yakıt hücreleri [Dönetici hidrojen depolama (örneğin, metal hipnozun hidrojen ve azota neden olduğu, yüksek enerji yoğunluğuyla üç ila beş kez enerji kesintisi sağlayabilir.Dönetici enerji depolama ihtiyacının ortadan kaldırılması[Dönetici:2).

Underwater Kablosuz Şarj

Kablosuz şarj, AUV'ların, deniz zemininde veya sualtı şarj hattında monte edilen Dock istasyonları, küçük boşluklar boyunca bir şarja izin verebilir. Gelişmiş sistemler AUV'lar tarafından geri yükleme süresine izin verebilir[Döneticiler, 1 $ 'lık bir darbe ile) otomatik olarak yüklenebilir.U.S. Navy’sFLT:2.Naval Araştırma Laboratuvarı[DDDDDDDDDDDDDDDD)Naval Araştırma Laboratuvarı[Döneticileri,% 90'ye kadar bir şarj yeteneğine sahip bir prototipe sahiptir.

Full Autonomy ve Swarm Propulsion

Özerk sistemler daha yetenekli hale gelirken, itikat sistemleri kooperatif davranışlarına uyum sağlayacaktır.ETHFLT:0)Swarm propulsion[FLT: 1) Geleneksel itme gruplarının geniş çaplı haritalar gibi görevleri yerine getirmelerini sağlar.[Döneticiler ve ağ aramalar.)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek performanslı sualtı araçları için elektrik tahriki, enerji yoğunluğu, hidrodinamik, materyal bilimi ve akustikların motorlarda güvenilir bir şekilde okyanusta çalışabilmesi için bir niş teknolojiden evrim geçirdi. Katı devlet pilleri, yakıt hücreleri, hızlı ve derinlik kapasitesi gibi gelişen teknolojilerle, sualtı elektrik tahrikli güçlendiricilerinin geleceği, daha büyük yetenekleri ve akustiklerin artması, on yıl önce okyanuslarda güvenilir bir şekilde çalışabilmesi için.