Подводный планер
Тип автономного подводного аппарата
Подводный планер Rutgers Slocum RU02 запущен в эксплуатацию

Подводный планер — это тип автономного подводного аппарата (AUV), который использует движитель с переменной плавучестью вместо традиционных винтов или подруливающих устройств . Он использует переменную плавучесть аналогично профилирующему поплавку , но в отличие от поплавка, который может двигаться только вверх и вниз, подводный планер оснащен подводными крыльями (подводными крыльями), которые позволяют ему скользить вперед при погружении в воду. На определенной глубине планер переключается на положительную плавучесть, чтобы подняться обратно вверх и вперед, а затем цикл повторяется.

Хотя они не такие быстрые, как обычные AUV, планеры предлагают значительно большую дальность и выносливость по сравнению с традиционными AUV, расширяя миссии по отбору проб океана с часов до недель или месяцев и до тысяч километров диапазона. [1] Типичный пилообразный профиль вверх-вниз, за ​​которым следует планер , может предоставить данные во временных и пространственных масштабах, недостижимых для AUV с двигателем и гораздо более дорогостоящих для отбора проб с использованием традиционных методов на борту судна. Военно-морские силы и организации, занимающиеся исследованиями океана, используют широкий спектр конструкций планеров, при этом планеры обычно стоят около 100 000 долларов США. [2]

История

Сигалайдер Вашингтонского университета готовится к развертыванию
Сигалайдер на поверхности между погружениями

Концепция подводного планера была впервые исследована в начале 1960-х годов с прототипом средства доставки пловцов под названием Concept Whisper. [3] Пилообразная схема скольжения, свойства скрытности и идея двигателя плавучести, приводимого в действие пловцом-пассажиром, были описаны Эваном Фэллоном в его патенте Hydroglider, поданном в 1960 году. [4] В 1992 году Токийский университет провел испытания ALBAC, планера с падающим грузом без управления плавучестью и только с одним циклом скольжения. [ необходима цитата ] Программа DARPA SBIR получила предложение о планере с градиентом температуры в 1988 году. В то время DARPA было известно о подобных исследовательских проектах, проводимых в СССР. [5] Эта идея, планер с двигателем плавучести, работающим от теплообменника, была представлена ​​океанографическому сообществу Генри Стоммелем в статье 1989 года в журнале Oceanography , когда он предложил концепцию планера под названием Slocum , разработанную совместно с инженером-исследователем Дугом Уэббом. Они назвали планер в честь Джошуа Слокама , который совершил первое одиночное кругосветное плавание на парусной лодке. Они предложили использовать энергию термического градиента между глубинной океанской водой (2-4 °C) и поверхностной водой (температура близка к температуре атмосферы) для достижения дальности полета вокруг земного шара, ограниченной только мощностью батареи на борту для связи, датчиков и навигационных компьютеров. [3]

К 2003 году не только работающий планер на тепловом приводе ( Slocum Thermal ) был продемонстрирован компанией Webb Research (основанной Дугом Уэббом), но и они, а также другие учреждения представили планеры на батарейном питании с впечатляющей продолжительностью и эффективностью, намного превосходящими эффективность традиционных АНПА исследовательского класса. [6] Эти транспортные средства широко применялись с тех пор. Транспортные средства Seaglider Вашингтонского университета , Scripps Institution of Oceanography Spray и Teledyne Webb Research Slocum совершили подвиги, такие как завершение трансатлантического путешествия [7] и проведение постоянного, многотранспортного совместного мониторинга океанографических переменных. [ требуется ссылка ] В 2011 году первый бескрылый планер, SeaExplorer, был выпущен в результате сотрудничества французских учреждений и компаний. [8]

В 2020 году NOAA использовало «ураганные планеры» для мониторинга температуры воды вокруг Гольфстрима , чтобы агентство могло лучше понять, как теплые воды влияют на ураганы и штормы. [9]

Функциональное описание

Сотрудники NOAA запускают планер Slocum

Планеры обычно выполняют измерения, такие как температура , проводимость (для расчета солености ), течения, флуоресценция хлорофилла , оптическое обратное рассеяние , глубина дна и иногда акустическое обратное рассеяние или окружающий звук. Они перемещаются с помощью периодических поверхностных GPS- фиксов, датчиков давления, датчиков наклона и магнитных компасов. Тангаж транспортного средства контролируется подвижным внутренним балластом (обычно аккумуляторными батареями), а рулевое управление осуществляется либо с помощью руля (как в Slocum ), либо путем перемещения внутреннего балласта для управления креном (как в SeaExplorer , Spray и Seaglider ). Плавучесть регулируется либо с помощью поршня для затопления/откачки отсека с морской водой ( Slocum ), либо путем перемещения масла в/из внешнего пузыря ( SeaExplorer , Seaglider , Spray и Slocum Thermal ). Поскольку корректировки плавучести относительно невелики, балласт планера обычно необходимо отрегулировать перед началом миссии, чтобы достичь общей плотности транспортного средства, близкой к плотности воды, в которой он будет развернут. Команды и данные передаются между планерами и берегом через спутник. [3]

Планеры различаются по давлению, которое они способны выдерживать. Модель Slocum рассчитана на глубину 200 или 1000 метров. Spray может работать на глубине до 1500 метров, Seaglider — до 1000 метров, SeaExplorer — до 700 метров, а Slocum Thermal — до 1200 метров. В августе 2010 года вариант Deep Glider от Seaglider достиг повторной рабочей глубины в 6000 метров. [ требуется цитата ] Аналогичные глубины были достигнуты китайским планером в 2016 году. [10]

Летающие крылья класса «Либердаде»

В 2004 году Управление военно-морских исследований ВМС США начало разработку самого большого в мире планера, планера типа «летающее крыло» класса «Либердаде» , в котором для достижения гидродинамической эффективности используется корпус со смешанной формой крыла . Первоначально они были разработаны для бесшумного отслеживания дизель-электрических подводных лодок в прибрежных водах , оставаясь на месте до шести месяцев. К 2012 году была разработана более новая модель, известная как ZRay, для отслеживания и идентификации морских млекопитающих в течение длительных периодов времени. [11] Он использует водяные струи для точного управления положением, а также для движения по поверхности. [11] [12] [ требуется обновление ]

Полезные нагрузки

Планеры были разработаны для перевозки океанографических приборов. Первоначально они были оснащены простыми датчиками проводимости, температуры и глубины. [13] [14] Поскольку они приводятся в движение плавучим двигателем, планеры имеют движущиеся части, которые активны лишь изредка, поэтому механические вибрации и шум минимальны, что делает их прекрасными транспортными средствами для чувствительных приборов, включая микроструктурные зонды [15] и акустические датчики.

Многие существующие океанографические датчики были модифицированы для установки в планер или разработаны специально для планеров. К ним относятся: [16]

Количество датчиков, которыми может быть оснащен планер, зависит от того, сколько места для датчиков есть в его корпусе. Планеры Slocum имеют модульные корпуса и могут быть расширены для добавления новых датчиков, другие типы планеров имеют только свою начальную площадь поверхности, которая может быть оснащена приборами. По причинам, связанным с данными, приборы могут потребовать специального расположения, например, наверху транспортного средства для захвата проникновения света с поверхности или в самой передней части транспортного средства, за пределами области, где транспортное средство влияет на поток воды для микроструктурных зондов. Количество датчиков также может быть ограничено мощностью, необходимой для их работы.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Seaglider: Автономный подводный аппарат". Лаборатория прикладной физики, Вашингтонский университет . Получено 24.04.2020 .
  2. ^ Патент США 7987674, Джек А. Джонс; И Чао и Томас И. Вальдес, «Генератор тепловой энергии на основе материала с изменяемой фазой», выдан 2011-08-02 
  3. ^ abc Jenkins, Scott A.; Humphreys, Douglas E; Sherman, Jeff; Osse, Jim; Jones, Clayton; Leonard, Naomi (6 мая 2003 г.), Underwater Glider System Study, Scripps Institution of Oceanography , Report No. 53 , получено 26 мая 2012 г.
  4. ↑ Патент США 3204596, Эван С. Фаллон, «Гидроплан», выдан 07.09.1965 
  5. ^ "Perpetual Autonomus Survey Submersible". Тони Биграс . Получено 2009-07-03 .
  6. ^ «Автономные подводные планеры с плавучим приводом» (PDF) .
  7. ^ "Подводный планер Ратгерса совершает трансатлантический переход". Архивировано из оригинала 21.01.2013 . Получено 16.12.2009 .
  8. ^ Claustre, Hervé; Beguery, Laurent; Pla, Patrice (март 2014 г.). «Планер SeaExplorer побил два мировых рекорда». Sea Technology . 55 (3): 19–22 – через ProQuest.
  9. ^ "NOAA: 50 лет науки, обслуживания и управления". Выпуск . 2020-10-03. стр.  84–85 . Получено 2021-07-06 .
  10. ^ Чен, Стивен (1 сентября 2016 г.). «ВМС НОАК присматриваются к китайскому глубоководному подводному планеру после успешного испытания, показавшего, что он может соперничать с американским судном». South China Morning Post . Получено 16 мая 2017 г.
  11. ^ ab D'Spain, Gerald L., XRay/ZRay Flying Wing Gliders, Институт океанографии Скриппса , получено 25 мая 2012 г.[ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  12. ↑ Liberdade XRay Advanced Underwater Glider, Office of Naval Research , 19 апреля 2006 г., архивировано из оригинала 19 апреля 2013 г. , извлечено 25 мая 2012 г.
  13. ^ Вебб, Д.К.; Симонетти, П.Дж.; Джонс, К.П. (2001). «SLOCUM: подводный планер, приводимый в движение энергией окружающей среды». Журнал IEEE по океанической инженерии . 26 (4): 447– 452. Bibcode : 2001IJOE...26..447W. doi : 10.1109/48.972077. ISSN  0364-9059.
  14. ^ Шерман, Дж.; Дэвис, Р. Э.; Оуэнс, У. Б.; Вальдес, Дж. (2001). «Автономный подводный планер «Спрей»». Журнал IEEE по океанической инженерии . 26 (4): 437– 446. Bibcode : 2001IJOE...26..437S. doi : 10.1109/48.972076. ISSN  0364-9059.
  15. ^ Wolk, F.; Lueck, RG; St. Laurent, L. (октябрь 2009 г.). «Измерения турбулентности с планера». Oceans 2009. IEEE: 1– 6. doi :10.23919/oceans.2009.5422413. ISBN 978-1-4244-4960-6. S2CID  37954022.
  16. ^ «Slocum G3 Glider — автономный подводный аппарат с большой продолжительностью плавания и проверенной эффективностью» (PDF) . www.teledynemarine.com .
На Викискладе есть медиафайлы по теме Подводные планеры .
  • GROOM - Планеры для исследований, наблюдения за океаном и управления
  • Действие COST ES0904
  • Сеть EGO - группа пользователей планеров
  • Страница Seaexplorer в ALSEAMAR-ALCEN
  • Океаническая платформа Канарских островов -PLOCAN-
  • Страница-спрей в Институте океанографии Скриппса
  • База данных подводных планеров Spray
  • Страница Seaglider в Лаборатории прикладной физики Вашингтонского университета
  • Страница Seaglider Operations на сайте APL-UW
  • Лаборатория прибрежных океанических наблюдений Ратгерского университета — Планерные операции
  • Страница Слокума в Webb Research Corp.
  • Конфигурации и детали подводного планера - AUVAC.org [ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  • Подводные планеры для исследования океана
  • Робот-планер собирает тепло океана
  • Национальный океанографический центр, Великобритания. Домашняя страница планера
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Подводный_планер&oldid=1272367692"