Khi sự chú ý của con người hướng đến những vùng biển sâu bí ẩn, các phương tiện dưới nước tự hành (AUV) và các phương tiện điều khiển từ xa (ROV) đang đóng vai trò ngày càng quan trọng. Trái tim của những robot dưới nước này là hệ thống đẩy tinh vi của chúng.
Động cơ đẩy dưới nước hiện là hình thức đẩy phổ biến nhất cho AUV và ROV. Các bộ phận đẩy này kết hợp khéo léo chân vịt với hệ thống thủy lực hoặc điện để tạo ra chuyển động về phía trước. Tuy nhiên, hệ thống đẩy thủy lực, với kích thước cồng kềnh, trọng lượng đáng kể và mạng lưới van và ống phức tạp, thường dành riêng cho các ROV hạng nặng.
Động cơ đẩy điện dưới nước đã nổi lên như một lựa chọn ưu tiên cho các AUV và ROV nhỏ hơn do kích thước nhỏ gọn và tính linh hoạt của chúng. Các hệ thống này thường sử dụng động cơ DC không chổi than hoặc động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Để chịu được điều kiện dưới nước, động cơ được bịt kín trong các buồng chứa đầy không khí hoặc dầu hoặc được thiết kế để hoạt động dưới nước, sử dụng trực tiếp nước để làm mát và bôi trơn nhằm tăng cường hiệu quả nhiệt và kéo dài tuổi thọ động cơ.
Để tăng cường khả năng cơ động, một số phương tiện dưới nước không người lái (UUV) sử dụng công nghệ lực đẩy vector. Bằng cách định vị chiến lược các động cơ đẩy, UUV có thể kiểm soát chính xác hướng chuyển động của chúng, đạt được sự nhanh nhẹn đáng kể. ROV thường có bốn, sáu hoặc tám động cơ đẩy, với tối thiểu sáu động cơ cần thiết để di chuyển sáu bậc tự do hoàn toàn — dâng, nhô, lắc, lật, ngửa và chao.
Chân vịt đóng vai trò là thành phần quan trọng chuyển đổi chuyển động quay thành lực đẩy. Để đạt được hiệu quả đẩy tối đa, thiết kế chân vịt phải phù hợp hoàn hảo với đặc tính mô-men xoắn của động cơ. Ngoài ra, do chúng liên tục ngâm trong nước biển, chân vịt cần các vật liệu chống ăn mòn như hợp kim nhôm-thép không gỉ.
Ngoài các hệ thống chân vịt thông thường, tàu lượn dưới nước sử dụng một phương pháp đẩy đặc biệt — độ nổi thay đổi. Cách tiếp cận này sử dụng một túi bên trong phồng lên hoặc xẹp xuống để thay đổi mật độ của phương tiện, cho phép đi lên hoặc đi xuống. Tàu lượn sử dụng cánh ngầm trong quá trình đi xuống để tạo ra chuyển động về phía trước, tạo ra một quỹ đạo hình răng cưa đặc trưng. Không cần động cơ hoặc các bộ phận phức tạp, tàu lượn dưới nước đạt được mức tiêu thụ năng lượng cực kỳ thấp, mang lại độ bền vượt xa các loại AUV khác.
Động cơ đẩy điện dưới nước đóng vai trò là các thành phần quan trọng cho phép chuyển động tự hành hoặc điều khiển từ xa trong các phương tiện dưới nước. So với các đối tác thủy lực của chúng, động cơ đẩy điện mang lại những ưu điểm riêng biệt về độ nhỏ gọn, thiết kế nhẹ và độ chính xác điều khiển, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng AUV và ROV khác nhau.
Công nghệ lực đẩy vector đại diện cho một bước tiến đáng kể trong việc đẩy dưới nước, cho phép kiểm soát chuyển động ba chiều thông qua việc đặt động cơ đẩy chiến lược và các thuật toán tinh vi. Khả năng này chứng tỏ vô giá cho các hoạt động dưới nước phức tạp đòi hỏi điều hướng chính xác.
Sự phát triển liên tục của các hệ thống đẩy dưới nước tập trung vào việc tăng cường hiệu quả, độ tin cậy và trí thông minh. Những phát triển trong tương lai sẽ kết hợp các công nghệ động cơ tiên tiến, thiết kế chân vịt được tối ưu hóa và các thuật toán điều khiển thông minh hơn. Các công nghệ mới nổi như lực đẩy phản lực nước và lực đẩy từ thủy động lực học có thể mang lại những khả năng mới cho robot dưới nước.
Tiến bộ trong công nghệ đẩy dưới nước sẽ thúc đẩy đáng kể nghiên cứu biển, thăm dò tài nguyên và giám sát môi trường, cung cấp các công cụ mạnh mẽ để con người khám phá và sử dụng tài nguyên đại dương.
Khi sự chú ý của con người hướng đến những vùng biển sâu bí ẩn, các phương tiện dưới nước tự hành (AUV) và các phương tiện điều khiển từ xa (ROV) đang đóng vai trò ngày càng quan trọng. Trái tim của những robot dưới nước này là hệ thống đẩy tinh vi của chúng.
Động cơ đẩy dưới nước hiện là hình thức đẩy phổ biến nhất cho AUV và ROV. Các bộ phận đẩy này kết hợp khéo léo chân vịt với hệ thống thủy lực hoặc điện để tạo ra chuyển động về phía trước. Tuy nhiên, hệ thống đẩy thủy lực, với kích thước cồng kềnh, trọng lượng đáng kể và mạng lưới van và ống phức tạp, thường dành riêng cho các ROV hạng nặng.
Động cơ đẩy điện dưới nước đã nổi lên như một lựa chọn ưu tiên cho các AUV và ROV nhỏ hơn do kích thước nhỏ gọn và tính linh hoạt của chúng. Các hệ thống này thường sử dụng động cơ DC không chổi than hoặc động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Để chịu được điều kiện dưới nước, động cơ được bịt kín trong các buồng chứa đầy không khí hoặc dầu hoặc được thiết kế để hoạt động dưới nước, sử dụng trực tiếp nước để làm mát và bôi trơn nhằm tăng cường hiệu quả nhiệt và kéo dài tuổi thọ động cơ.
Để tăng cường khả năng cơ động, một số phương tiện dưới nước không người lái (UUV) sử dụng công nghệ lực đẩy vector. Bằng cách định vị chiến lược các động cơ đẩy, UUV có thể kiểm soát chính xác hướng chuyển động của chúng, đạt được sự nhanh nhẹn đáng kể. ROV thường có bốn, sáu hoặc tám động cơ đẩy, với tối thiểu sáu động cơ cần thiết để di chuyển sáu bậc tự do hoàn toàn — dâng, nhô, lắc, lật, ngửa và chao.
Chân vịt đóng vai trò là thành phần quan trọng chuyển đổi chuyển động quay thành lực đẩy. Để đạt được hiệu quả đẩy tối đa, thiết kế chân vịt phải phù hợp hoàn hảo với đặc tính mô-men xoắn của động cơ. Ngoài ra, do chúng liên tục ngâm trong nước biển, chân vịt cần các vật liệu chống ăn mòn như hợp kim nhôm-thép không gỉ.
Ngoài các hệ thống chân vịt thông thường, tàu lượn dưới nước sử dụng một phương pháp đẩy đặc biệt — độ nổi thay đổi. Cách tiếp cận này sử dụng một túi bên trong phồng lên hoặc xẹp xuống để thay đổi mật độ của phương tiện, cho phép đi lên hoặc đi xuống. Tàu lượn sử dụng cánh ngầm trong quá trình đi xuống để tạo ra chuyển động về phía trước, tạo ra một quỹ đạo hình răng cưa đặc trưng. Không cần động cơ hoặc các bộ phận phức tạp, tàu lượn dưới nước đạt được mức tiêu thụ năng lượng cực kỳ thấp, mang lại độ bền vượt xa các loại AUV khác.
Động cơ đẩy điện dưới nước đóng vai trò là các thành phần quan trọng cho phép chuyển động tự hành hoặc điều khiển từ xa trong các phương tiện dưới nước. So với các đối tác thủy lực của chúng, động cơ đẩy điện mang lại những ưu điểm riêng biệt về độ nhỏ gọn, thiết kế nhẹ và độ chính xác điều khiển, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng AUV và ROV khác nhau.
Công nghệ lực đẩy vector đại diện cho một bước tiến đáng kể trong việc đẩy dưới nước, cho phép kiểm soát chuyển động ba chiều thông qua việc đặt động cơ đẩy chiến lược và các thuật toán tinh vi. Khả năng này chứng tỏ vô giá cho các hoạt động dưới nước phức tạp đòi hỏi điều hướng chính xác.
Sự phát triển liên tục của các hệ thống đẩy dưới nước tập trung vào việc tăng cường hiệu quả, độ tin cậy và trí thông minh. Những phát triển trong tương lai sẽ kết hợp các công nghệ động cơ tiên tiến, thiết kế chân vịt được tối ưu hóa và các thuật toán điều khiển thông minh hơn. Các công nghệ mới nổi như lực đẩy phản lực nước và lực đẩy từ thủy động lực học có thể mang lại những khả năng mới cho robot dưới nước.
Tiến bộ trong công nghệ đẩy dưới nước sẽ thúc đẩy đáng kể nghiên cứu biển, thăm dò tài nguyên và giám sát môi trường, cung cấp các công cụ mạnh mẽ để con người khám phá và sử dụng tài nguyên đại dương.
