Mentre l'attenzione umana si rivolge alle misteriose profondità dell'oceano, i veicoli subacquei autonomi (AUV) e i veicoli telecomandati (ROV) stanno svolgendo ruoli sempre più vitali. Al centro di questi robot sottomarini ci sono i loro sofisticati sistemi di propulsione.

Gli eliche subacquee rappresentano attualmente la forma più comune di propulsione per AUV e ROV. Queste unità di propulsione combinano ingegnosamente eliche con sistemi idraulici o elettrici per fornire movimento in avanti. Tuttavia, i sistemi di propulsione idraulica, con le loro dimensioni ingombranti, il peso significativo e la complessa rete di valvole e tubi, sono tipicamente riservati ai ROV di grandi dimensioni.

Propulsione elettrica: la centrale elettrica della robotica subacquea

Gli eliche subacquee elettrici sono emersi come la scelta preferita per AUV e ROV più piccoli grazie alle loro dimensioni compatte e alla flessibilità. Questi sistemi impiegano tipicamente motori brushless DC o motori sincroni a magneti permanenti. Per resistere alle condizioni subacquee, i motori sono sigillati in camere riempite d'aria o d'olio o progettati per funzionare sommersi, utilizzando direttamente l'acqua per il raffreddamento e la lubrificazione per migliorare l'efficienza termica e prolungare la durata del motore.

Per una maggiore manovrabilità, alcuni veicoli subacquei senza equipaggio (UUV) utilizzano la tecnologia di spinta vettoriale. Posizionando strategicamente gli eliche, gli UUV possono controllare con precisione la direzione del loro movimento, raggiungendo un'agilità notevole. I ROV sono comunemente dotati di quattro, sei o otto eliche, con un minimo di sei necessarie per il movimento completo a sei gradi di libertà: avanzamento, sollevamento, spostamento laterale, rollio, beccheggio e imbardata.

Il ruolo fondamentale del design dell'elica

Le eliche fungono da componente cruciale che converte il moto rotatorio in spinta. Per ottenere la massima efficienza di propulsione, il design dell'elica deve corrispondere perfettamente alle caratteristiche di coppia del motore. Inoltre, data la loro costante immersione in acqua di mare, le eliche richiedono materiali resistenti alla corrosione come le leghe di alluminio-acciaio inossidabile.

Galleggiamento variabile: il vantaggio unico del aliante

Oltre ai sistemi di eliche convenzionali, i alianti subacquei impiegano un metodo di propulsione distintivo: il galleggiamento variabile. Questo approccio utilizza una vescica interna che si gonfia o si sgonfia per alterare la densità del veicolo, consentendo l'ascesa o la discesa. L'aliante utilizza superfici idrodinamiche durante la discesa per generare movimento in avanti, creando una caratteristica traiettoria a dente di sega. Senza la necessità di motori o componenti complessi, i alianti subacquei raggiungono un consumo energetico notevolmente basso, offrendo un'autonomia che supera di gran lunga altri tipi di AUV.

Eliche elettrici: tecnologia fondamentale per la mobilità subacquea

Gli eliche subacquei elettrici fungono da componenti critici che consentono il movimento autonomo o telecomandato nei veicoli subacquei. Rispetto alle loro controparti idrauliche, gli eliche elettrici offrono distinti vantaggi in termini di compattezza, design leggero e precisione di controllo, rendendoli ideali per varie applicazioni AUV e ROV.

• Tipi di motore: I motori brushless DC (BLDC) eccellono in efficienza, longevità e bassa manutenzione, mentre i motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) offrono una densità di potenza e caratteristiche di coppia superiori per compiti subacquei impegnativi.
• Incapsulamento del motore: Le soluzioni vanno da involucri sigillati ad aria o olio per operazioni in acque poco profonde a progetti completamente sommersi che sfruttano l'acqua per il raffreddamento in ambienti di acque profonde.
• Sistemi di controllo: Sistemi sofisticati integrano driver motore, sensori e algoritmi per eseguire con precisione i comandi di navigazione.

Spinta vettoriale: abilitare manovre di precisione

La tecnologia di spinta vettoriale rappresenta un significativo progresso nella propulsione subacquea, consentendo il controllo del movimento tridimensionale attraverso il posizionamento strategico degli eliche e algoritmi sofisticati. Questa capacità si rivela preziosa per operazioni subacquee complesse che richiedono una navigazione precisa.

Direzioni future nella propulsione subacquea

L'evoluzione in corso dei sistemi di propulsione subacquea si concentra su maggiore efficienza, affidabilità e intelligenza. Gli sviluppi futuri incorporeranno tecnologie motoristiche avanzate, design di eliche ottimizzati e algoritmi di controllo più intelligenti. Le tecnologie emergenti come la propulsione a getto d'acqua e la propulsione magnetoidrodinamica possono offrire nuove possibilità per la robotica subacquea.

I progressi nella tecnologia di propulsione subacquea faranno avanzare in modo significativo la ricerca marina, l'esplorazione delle risorse e il monitoraggio ambientale, fornendo potenti strumenti per l'esplorazione e l'utilizzo delle risorse oceaniche da parte dell'umanità.