По мере того, как внимание человечества обращается к таинственным глубинам океана, автономные подводные аппараты (AUV) и дистанционно управляемые аппараты (ROV) играют все более важную роль. В основе этих подводных роботов лежат их сложные системы движения.

Подводные движители в настоящее время представляют собой наиболее распространенную форму движения для AUV и ROV. Эти движительные установки остроумно сочетают пропеллеры с гидравлическими или электрическими системами для обеспечения движения вперед. Однако гидравлические движительные системы, отличающиеся большими размерами, значительным весом и сложной сетью клапанов и труб, обычно предназначаются для крупных ROV рабочего класса.

Электрическое движение: электростанция подводной робототехники

Электрические подводные движители стали предпочтительным выбором для небольших AUV и ROV благодаря своим компактным размерам и гибкости. В этих системах обычно используются бесщеточные двигатели постоянного тока или синхронные двигатели с постоянными магнитами. Чтобы выдерживать подводные условия, двигатели либо герметизируются в воздушных или заполненных маслом камерах, либо предназначены для работы под водой, непосредственно используя воду для охлаждения и смазки, чтобы повысить тепловую эффективность и продлить срок службы двигателя.

Для повышения маневренности некоторые беспилотные подводные аппараты (UUV) используют технологию векторной тяги. Стратегически располагая движители, UUV могут точно контролировать направление своего движения, достигая замечательной маневренности. ROV обычно оснащаются четырьмя, шестью или восемью движителями, причем для полного движения по шести степеням свободы требуется минимум шесть — рывок, подъем, крен, крен, тангаж и рыскание.

Критическая роль конструкции пропеллера

Пропеллеры служат важнейшим компонентом, преобразующим вращательное движение в тягу. Для достижения максимальной эффективности движения конструкция пропеллера должна идеально соответствовать характеристикам крутящего момента двигателя. Кроме того, учитывая их постоянное погружение в морскую воду, пропеллеры требуют коррозионностойких материалов, таких как сплавы алюминия и нержавеющей стали.

Переменная плавучесть: уникальное преимущество планера

Помимо обычных пропеллерных систем, подводные планеры используют особый метод движения — переменную плавучесть. Этот подход использует внутреннюю камеру, которая надувается или сдувается, чтобы изменить плотность аппарата, обеспечивая подъем или спуск. Планер использует гидрокрылья во время спуска для создания движения вперед, создавая характерную траекторию в виде пилообразной кривой. Без необходимости в двигателях или сложных компонентах подводные планеры достигают удивительно низкого энергопотребления, предлагая выносливость, которая намного превосходит другие типы AUV.

Электрические движители: основная технология подводной мобильности

Электрические подводные движители служат критическими компонентами, обеспечивающими автономное или дистанционно управляемое движение в подводных аппаратах. По сравнению со своими гидравлическими аналогами, электрические движители предлагают явные преимущества в компактности, легком дизайне и точности управления, что делает их идеальными для различных применений AUV и ROV.

• Типы двигателей: Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) превосходят по эффективности, долговечности и низкому техническому обслуживанию, в то время как синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) обеспечивают превосходную удельную мощность и характеристики крутящего момента для выполнения сложных подводных задач.
• Герметизация двигателя: Решения варьируются от герметичных корпусов с воздушным или масляным уплотнением для неглубоких операций до полностью погружных конструкций, которые используют воду для охлаждения в глубоководных условиях.
• Системы управления: Сложные системы интегрируют драйверы двигателей, датчики и алгоритмы для точного выполнения команд навигации.

Векторная тяга: обеспечение точного маневрирования

Технология векторной тяги представляет собой значительный прогресс в подводном движении, позволяя управлять движением в трех измерениях посредством стратегического размещения движителей и сложных алгоритмов. Эта возможность оказывается бесценной для сложных подводных операций, требующих точной навигации.

Будущие направления в подводном движении

Текущая эволюция систем подводного движения сосредоточена на повышении эффективности, надежности и интеллекта. Будущие разработки будут включать передовые технологии двигателей, оптимизированные конструкции пропеллеров и более интеллектуальные алгоритмы управления. Новые технологии, такие как водометное движение и магнитогидродинамическое движение, могут предложить новые возможности для подводной робототехники.

Прогресс в технологии подводного движения значительно продвинет морские исследования, разведку ресурсов и экологический мониторинг, предоставляя мощные инструменты для исследования и использования человечеством океанских ресурсов.