Bezzałogowe pojazdy podwodne – stan obecny, potencjał biznesowy, perspektywy rozwoju - str. 3 - ROBOTYKA - ŁÓDŹPODWODNA - UUV - AUV - ROV - POJAZDY BIONICZNE - MUV - SAUV
Farnell, An Avnet Company   Phoenix Contact Sp. z o.o.   Przedstawicielstwo Handlowe Paweł Rutkowski   Fluke Europe B.V.  

Energetyka, Automatyka przemysłowa, Elektrotechnika

Dodaj firmę Ogłoszenia Poleć znajomemu Dodaj artykuł Newsletter RSS
strona główna ARTYKUŁY Automatyka Bezzałogowe pojazdy podwodne – stan obecny, potencjał biznesowy, perspektywy rozwoju
drukuj stronę
poleć znajomemu

Bezzałogowe pojazdy podwodne – stan obecny, potencjał biznesowy, perspektywy rozwoju

Pojazdy typu AUV

Pierwszą próbą oficjalnej standaryzacji pojazdów AUV jest podział zaproponowany w dokumencie Departamentu Marynarki Wojennej USA „The Navy Unmanned Undersea Vehicle (UUV) Master Plan” z 2004 roku (użyty w tym dokumencie skrót UUV odnosi się de facto do pojazdów AUV, gdyż za autonomiczność przyjęto w nim całkowite wyeliminowanie konieczności sterowania pojazdem poprzez zastosowanie algorytmów sztucznej inteligencji).

Rys. 3. Poszczególne konfiguracje pojazdu Gavia (od góry Offshore Surveyor, Scientific, Defence)

Rys. 3. Poszczególne konfiguracje pojazdu Gavia (od góry Offshore Surveyor, Scientific, Defence)

Wyszczególniono w nim cztery klasy obiektów [10]: przenośne, o wadze nie przekraczającej 45 kg, lekkie (45…227 kg), ciężkie (227…1361 kg) oraz duże (1361…9072 kg).(W oryginale: man portable, waga do 100 funtów, light weight, 100…500 funtów, heavy weight, 500…3000 funtów oraz large, 3000…20000 funtów). Obecnie obowiązujący podział pod kątem wagi wynika z miniaturyzacji podzespołów elektronicznych, jaka dokonała się na przestrzeni tych lat, co w efekcie umożliwiło redukcję masy pojazdu: mikro (poniżej 20 kg), mini (20…100 kg), lekkie (100…500 kg), ciężkie (500…2000 kg) i duże (powyżej 2000 kg). Innym istotnym czynnikiem klasyfikacyjnym jest kształt kadłuba, wyróżnia się konstrukcje cylindryczne, torpedopodobne, kroplopodobne, cygaropodobne oraz płaskie. Należy podkreślić, że zasada modułowa konstrukcji nowoczesnych aparatów klasy AUV doprowadziła do zatarcia granic pomiędzy ich przeznaczeniem docelowym. Przykładowo pojazd Gavia, produkowany przez firmę Teledyne, dzięki odpowiedniej konfiguracji osprzętu pokładowego może być dostosowany zarówno do przeprowadzenia badań oceanograficznych (Gavia Scientific), wykrywania i niszczenia min morskich (Gavia Defence) jak i do aplikacji typowo komercyjnych, np. przeprowadzania inspekcji po huraganach, prac diagnostycznych przy rurociągach lub platformach wiertniczych (Gavia Offshore Surveyor). Wszystkie trzy modele ilustruje rysunek 3, na rysunku 4 pokazano modułową konstrukcję tych pojazdów.

Rys. 4. Modułowa konstrukcja pojazdów Gavia

Rys. 4. Modułowa konstrukcja pojazdów Gavia

Ciężkie prace mechaniczne pozostają domeną pojazdów typu ROV, jednak ze względu na swoją niezależność energetyczną obiekty AUV są znacznie częściej wykorzystywane do zastosowań militarnych, zwłaszcza na polu bitwy, np. do rozpoznania taktycznego czy wykrywania i niszczenia min morskich.

Rys. 5. AU V Swimmer z pojazdem RO V Phenix na pokładzieRys. 6. Solar AUV produkowany przez Falmouth Scientific
Rys. 5. AUV Swimmer z pojazdem ROV Phenix na pokładzieRys. 6. Solar AUV produkowany przez Falmouth Scientific

Chcąc połączyć zalety obydwu tych klas pojazdów firma Cybernétix Offshore Branch stworzyła swego rodzaju hybrydę [11], tj. platformę transportową klasy AUV, służącą tylko i wyłącznie do transportu pojazdów ROV i pośredniczenia w komunikacji między nimi i operatorem (rys. 5). Należy przypuszczać, że koncepcja ta będzie rozwijana również przez konkurencyjne przedsiębiorstwa. Charakterystyki pojazdów AUV są w bardzo dużym stopniu zależne od rodzaju zastosowanego układu napędowego, który wpływa zarówno na zasięg obiektu, jak i na jego maksymalne zanurzenie. Najpopularniejsze są konstrukcje wykorzystujące silnik elektryczny ze względu na prostotę budowy i łatwość montażu.Przykładem takich pojazdów są produkty firmy Kongsberg Maritime (rys. 7a, b), tj. pojazdy z rodziny HUGIN (HUGIN 1000, HUGIN 3000, HUGIN 4500) oraz REMUS (REMUS 100, REMUS 600, REMUS 1500, REMUS 6000) [12, 13].

W ostatnich czasach obserwuje się jednak duże zainteresowanie pojazdami posiadającymi długi czas nieprzerwanej pracy (od tygodnia do kilku lat), w związku z czym pojawiły się pewne modyfikacje tego rodzaju napędu zwiększające zasięg. Pierwszą z nich jest koncepcja dodatkowego zasilania pojazdu podczas jego pracy, np. odpowiednia modyfikacja kadłuba umożliwia montaż ogniw fotowoltaicznych na jego powierzchni (tzw. obiekty klasy SAUV, ang. Solar Autonomous Underwater Vehicles). W zależności od zachmurzenia i naświetlenia słonecznego możliwe jest pozyskanie z jednego metra kwadratowego paneli słonecznych od 400 do 700 watogodzin dziennie [14, 15]. Obiekty AUV zasilane w ten sposób nie mają w żaden sposób ograniczonej manewrowości i stanowią elastyczne połączenie prędkości (maksymalnie od 1 do 2 węzłów), wytrzymałości (zanurzenie do 500 m) i konfigurowalności powierzonych im zadań, np. w styczniu 2010 roku zostały one użyte do monitorowania ruchów płyt tektonicznych. Przedstawicielem tej grupy jest konstrukcja Solar AUV autorstwa Falmouth Scientific (rys. 6). Oczywistą wadą tego rozwiązania jest konieczność wynurzenia w celu doładowania akumulatora. Równie obiecującym rezultaty uzyskuje się poprzez dążenie do redukcji zużycia energii przez pojazd.

a) rodzina pojazdów HUGIN

a) rodzina pojazdów HUGIN

a) rodzina pojazdów REMUS
b) rodzina pojazdów REMUS

Rys. 7. Produkty firmy Kongsberg Maritime

Przykładem realizacji takiej koncepcji są obiekty stanowiące kolejny kamień milowy w rozwoju dryfujących boi, tzw. szybowce podwodne. Konstrukcja Spray Glider firmy Bluefin Robotics Corporation [16] jest przykładem szybowca podwodnego (rys. 8). Ich zasada działania oparta jest o drobne zmiany w wyporności pojazdu (odpowiednie napełnianie i opróżnianie zbiorników balastowych), które w połączeniu z ruchem skrzydeł umożliwiają konwersję ruchu wertykalnego w horyzontalny. Dzięki takiemu rozwiązaniu zasięg szybowców podwodnych mierzony jest w tysiącach kilometrów. Często są one wyposażone w silnik cieplny stanowiący alternatywne źródło zasilania bądź napędu, gdyż umożliwia od pozyskanie energii mechanicznej (lub elektrycznej w połączeniu z turbiną) z gradientu cieplnego akwenu wodnego. Zasięg pojazdów wykorzystujących różnicę temperatur mierzony jest w dziesiątkach tysięcy kilometrów, a ich czas nieprzerwanej pracy waha się od 3 do 5 lat. Z tego względu sprawdzają się one w celach badawczych, o czym świadczyć może fakt, iż pierwszym pojazdem typu AUV, który pokonał transoceaniczny dystans jest właśnie szybowiec podwodny.

Rys. 8. Spray Glider – szybowiec podwodny produkowany przez Bluefin Robotics Corporation

Rys. 8. Spray Glider – szybowiec podwodny produkowany przez Bluefin Robotics Corporation

Najpoważniejszą wadą obiektów tej klasy jest ograniczona manewrowość, gdyż do poprawnego działania wymagany jest piłokształtny tor ruchu. Dodatkowo są one najwolniejsze ze wszystkich pojazdów AUV – średnia prędkość nie przekracza jednego węzła, co praktycznie wyklucza je z zastosowań militarnych.

Jedną z najnowszych koncepcji towarzyszącej projektowaniu jest zastosowanie silnika spalinowego zasilanego ogniwami wodorowymi. Dotychczas zaprojektowano tylko jeden model zasilanego w ten sposób pojazdu [17] – owocem współpracy dwóch stoczni (Kobe Shipyard & Machinery Works, Nagasaki Shipyard & Machinery Works), dwóch ośrodków badawczych (Nagasaki Research & Development Center, Takasago Research & Development Center) oraz koncernu Mitsubishi jest Urashima (rysunek 9).

Rys. 9. Jedna z najbardziej nowatorskich konstrukcji w klasie AU V – zasilana ogniwami wodorowymi łódź Urashima

Rys. 9. Jedna z najbardziej nowatorskich konstrukcji w klasie AUV – zasilana ogniwami wodorowymi łódź Urashima

Zastosowano w niej obieg zamknięty, woda powstała jako produkt spalania gromadzona jest w osobnym zbiorniku pokładowym. Charakterystyki Urashimy są następujące: zasięg 300 km, średnia prędkość 3 węzły, maksymalne zanurzenie 3500 m, masa 10000 kg. Pojazdy powstałe w ramach tego projektu wykazały swoją efektywność podczas badania głębin Oceanu Arktycznego w celu ustalenia przyczyn globalnego ocieplenia. Są droższe w budowie i eksploatacji, jednak stanowią interesującą alternatywę dla konwencjonalnych rozwiązań napędzanych silnikiem elektrycznym, gdyż cechują je lepsze parametry operacyjne niż obiekty klasy SAUV przy zachowaniu pełnej manewrowości. W tabeli 2 przedstawiono dane techniczne wszystkich wymienionych pojazdów AUV. Innym nowoczesnym aspektem towarzyszącym ich projektowaniu jest naśladownictwo żywych organizmów.

Tab. 2. Zestawienie przykładowych pojazdów klasy AUV:

KrajOśrodek badawczy / ProducentPojazdRodzaj pojazduRodzaj napęduWymiary, waga, maks. zanurzenie
JaponiaMitsubishi Heavy IndustriesUrashimaprototyp naukowo-badawczyspalinowy, zasilany ogniwami wodorowymi10,7 × 1,3 × 1,5 m, 10000 kg, 3500 m
USABluefin RoboticsSpray Gliderprodukt komercyjny, obserwacyjny, naukowo-badawczyszybowiec podwodny2,13 × 0,2 × 0,2 m, 52 kg, 1500 m
FSISolar AUVprodukt komercyjny, obserwacyjny, naukowo-badawczyelektryczny, zasilany akumulatorem litowo–jonowym i ogniwami fotowoltaicznymi2,3 × 1,1 × 0,5 m, 200 kg, 500 m
NorwegiaKongsbergHUGINprodukt komercyjny, naukowo-badawczyelektryczny, zasilany akumulatorem litowo-polimerowym lub ogniwem nadtlenkowo-wodorowymHUGIN 1000: 4,5 lub 4.7 × 0,75 × 0.75 m, 650–850 kg, 1000 lub 3000 m
HUGIN 3000: 5,5 × 1 × 1 m, 1400 kg, 3000 m HUGIN 4500: 6 × 1 × 1 m, 1900 kg, 4500 m
REMUSprodukt komercyjny, naukowo-badawczyelektryczny, zasilany akumulatorem litowo-jonowymREMUS 100: 1,6 × 0,19 × 0,19 m, 37 kg, 100 m
REMUS 600: 3,2 × 0,32 × 0,32 m, 272 kg, 600 m
REMUS 6000: 3,94 × 0,67 × 0,67 m, 863 kg, 6000 m
FrancjaCybernétixSwimmerprototyp komercyjny, transporter pojazdów ROVelektryczny, zasilany akumulatorem litowo-jonowym6,1 × 2,46 × 2,45, 4785 kg, 3000 m
IslandiaTeledyneGaviaprodukt komercyjny, uniwersalny dzięki modułowej budowieelektryczny, zasilany akumulatorem litowo-jonowymmin. 1,8 (w zależności od ilości modułów) × 0,2 × 0,2 m, min. 49 kg, 500 lub 1000 m

follow us in feedly
Średnia ocena:
 
REKLAMA

Otrzymuj wiadomości z rynku elektrotechniki i informacje o nowościach produktowych bezpośrednio na swój adres e-mail.

Zapisz się
Administratorem danych osobowych jest Media Pakiet Sp. z o.o. z siedzibą w Białymstoku, adres: 15-617 Białystok ul. Nowosielska 50, @: biuro@elektroonline.pl. W Polityce Prywatności Administrator informuje o celu, okresie i podstawach prawnych przetwarzania danych osobowych, a także o prawach jakie przysługują osobom, których przetwarzane dane osobowe dotyczą, podmiotom którym Administrator może powierzyć do przetwarzania dane osobowe, oraz o zasadach zautomatyzowanego przetwarzania danych osobowych.
Komentarze (4)
Dodaj komentarz:  
Twój pseudonim: Zaloguj
Twój komentarz:
dodaj komentarz
No avatar
Aleks Flis
Do repertuaru podwodnych pojazdow ROV klasy lekkiej trzeba dodac obecnie najbardziej zaawansowany technologicznie pojazd VALOR - kilkukrotnie przewzszajacy parametry ROVs swojej klasy. Wecej informacji dostepnych na www.seatronics-group.com Zainteresowanych zapraszam do kontaktu.
No avatar
Autorzy
Bardzo serdecznie dziękujemy za tak szybkie załatwienie sprawy.
Brak obrazka
Oczywiście! Przepraszamy za niedopatrzenie.
No avatar
Autorzy
Ten tekst został opublikowany w czasopiśmie "Elektronika - konstrukcje, technologie, zastosowania" w zeszycie 10/2011, nr ISSN 0033-2089 na stronach 148-156 i jest autorstwa dr hab. inż. Alexandra Tariova, prof. ZUT oraz inż. Sebastiana Kruszko. Jego publikacja bez zamieszczenia informacji o Autorach traktowana jest przez Autorów jako kradzież własności intelektualnej. Proszę zamieścić taką informację o Autorach na początku artykułu.
Elektronika - Konstrukcje, Technologie, Zastosowania
Elektronika - Konstrukcje, Technologie, Zastosowania
ul. Chmielna 6 m. 6, Warszawa
tel.  (+48 22) 827 38 79
$nbsp;
REKLAMA
Nasze serwisy:
elektrykapradnietyka.com
przegladelektryczny.pl
rynekelektroniki.pl
automatykairobotyka.pl
budowainfo.pl