با توجه به توجه انسان به اعماق مرموز اقیانوس، وسایل نقلیه زیرآبی خودکار (AUV) و وسایل نقلیه کنترل از راه دور (ROV) نقش‌های حیاتی فزاینده‌ای را ایفا می‌کنند. در قلب این روبات‌های زیرآبی، سیستم‌های پیشرانش پیچیده آن‌ها قرار دارد.

پیشرانه‌های زیرآبی در حال حاضر رایج‌ترین شکل پیشرانش برای AUVها و ROVها هستند. این واحدهای پیشرانش به طرز هوشمندانه‌ای پروانه‌ها را با سیستم‌های هیدرولیکی یا الکتریکی ترکیب می‌کنند تا حرکت رو به جلو را فراهم کنند. با این حال، سیستم‌های پیشرانش هیدرولیکی، با اندازه بزرگ، وزن قابل توجه و شبکه پیچیده شیرها و لوله‌ها، معمولاً برای ROVهای بزرگ کلاس کاری در نظر گرفته می‌شوند.

پیشرانش الکتریکی: نیروگاه رباتیک زیر آب

پیشرانه‌های الکتریکی زیر آب به دلیل اندازه جمع و جور و انعطاف‌پذیری خود به عنوان انتخاب ارجح برای AUVها و ROVهای کوچک‌تر ظاهر شده‌اند. این سیستم‌ها معمولاً از موتورهای DC بدون برس یا موتورهای سنکرون مغناطیس دائم استفاده می‌کنند. برای مقاومت در برابر شرایط زیر آب، موتورها یا در محفظه‌های پر از هوا یا روغن مهر و موم می‌شوند یا طوری طراحی می‌شوند که زیر آب کار کنند و مستقیماً از آب برای خنک‌سازی و روان‌کاری استفاده می‌کنند تا راندمان حرارتی را افزایش داده و طول عمر موتور را افزایش دهند.

برای مانورپذیری بیشتر، برخی از وسایل نقلیه زیرآبی بدون سرنشین (UUV) از فناوری رانش برداری استفاده می‌کنند. UUVها با قرار دادن استراتژیک پیشرانه‌ها، می‌توانند جهت حرکت خود را با دقت کنترل کنند و به چابکی قابل توجهی دست یابند. ROVها معمولاً دارای چهار، شش یا هشت پیشرانه هستند که حداقل شش پیشرانه برای حرکت کامل شش درجه آزادی (حرکت به جلو و عقب، بالا و پایین، چپ و راست، چرخش، خم شدن و انحراف) مورد نیاز است.

نقش حیاتی طراحی پروانه

پروانه‌ها به عنوان جزء حیاتی عمل می‌کنند که حرکت چرخشی را به رانش تبدیل می‌کند. برای دستیابی به حداکثر راندمان پیشرانش، طراحی پروانه باید کاملاً با ویژگی‌های گشتاور موتور مطابقت داشته باشد. علاوه بر این، با توجه به غوطه‌وری مداوم آن‌ها در آب دریا، پروانه‌ها به مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند آلیاژهای آلومینیوم-فولاد ضد زنگ نیاز دارند.

شناوری متغیر: مزیت منحصر به فرد گلایدر

فراتر از سیستم‌های پروانه معمولی، گلایدرهای زیر آب از یک روش پیشرانش متمایز استفاده می‌کنند - شناوری متغیر. این رویکرد از یک مثانه داخلی استفاده می‌کند که برای تغییر تراکم وسیله نقلیه، منبسط یا تخلیه می‌شود و صعود یا فرود را امکان‌پذیر می‌کند. گلایدر در هنگام فرود از باله‌های هیدرو استفاده می‌کند تا حرکت رو به جلو ایجاد کند و یک مسیر دندانه‌دار مشخص ایجاد کند. گلایدرهای زیر آب بدون نیاز به موتور یا اجزای پیچیده، مصرف انرژی بسیار کمی دارند و استقامتی را ارائه می‌دهند که بسیار فراتر از سایر انواع AUV است.

پیشرانه‌های الکتریکی: فناوری اصلی برای تحرک زیر آب

پیشرانه‌های الکتریکی زیر آب به عنوان اجزای حیاتی عمل می‌کنند که حرکت خودکار یا کنترل از راه دور را در وسایل نقلیه زیر آب امکان‌پذیر می‌کنند. پیشرانه‌های الکتریکی در مقایسه با همتایان هیدرولیکی خود، مزایای متمایزی از نظر جمع و جور بودن، طراحی سبک وزن و دقت کنترل ارائه می‌دهند و آن‌ها را برای کاربردهای مختلف AUV و ROV ایده‌آل می‌سازد.

• انواع موتور: موتورهای DC بدون برس (BLDC) در راندمان، طول عمر و نگهداری کم عالی هستند، در حالی که موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) چگالی توان و ویژگی‌های گشتاور برتری را برای کارهای سخت زیر آب ارائه می‌دهند.
• محفظه‌بندی موتور: راه‌حل‌ها از محفظه‌های مهر و موم شده با هوا یا روغن برای عملیات کم عمق تا طرح‌های کاملاً زیر آب که از آب برای خنک‌سازی در محیط‌های عمیق دریا استفاده می‌کنند، متغیر است.
• سیستم‌های کنترل: سیستم‌های پیچیده، درایورهای موتور، حسگرها و الگوریتم‌ها را برای اجرای دقیق دستورات ناوبری ادغام می‌کنند.

رانش برداری: فعال کردن مانور دقیق

فناوری رانش برداری نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در پیشرانش زیر آب است که امکان کنترل حرکت سه بعدی را از طریق قرار دادن استراتژیک پیشرانه‌ها و الگوریتم‌های پیچیده فراهم می‌کند. این قابلیت برای عملیات پیچیده زیر آب که نیاز به ناوبری دقیق دارند، بسیار ارزشمند است.

جهت‌گیری‌های آینده در پیشرانش زیر آب

تکامل مداوم سیستم‌های پیشرانش زیر آب بر افزایش راندمان، قابلیت اطمینان و هوش متمرکز است. پیشرفت‌های آینده شامل فناوری‌های موتور پیشرفته، طرح‌های پروانه بهینه شده و الگوریتم‌های کنترلی هوشمندتر خواهد بود. فناوری‌های نوظهور مانند پیشرانش جت آبی و پیشرانش مغناطیسی هیدرودینامیکی ممکن است امکانات جدیدی را برای رباتیک زیر آب ارائه دهند.

پیشرفت در فناوری پیشرانش زیر آب، تحقیقات دریایی، اکتشاف منابع و نظارت بر محیط زیست را به طور قابل توجهی پیشرفت خواهد داد و ابزارهای قدرتمندی را برای اکتشاف و استفاده بشر از منابع اقیانوس فراهم می‌کند.