Беспилотный подводный аппарат

Версия 20:39, 11 августа 2022

Эта статья в данный момент редактируется Статья активно редактируется участником проекта Serenus:ru (обсуждение). Перед внесением правок свяжитесь с ним. Последняя правка была внесена 11.08.2022.

--Serenus:ru (обсуждение) 21:34, 2 августа 2022 (UTC)

Автономный беспилотный подводный аппарат «Клавесин-2Р-ПМ» (Россия).

Телеуправляемый донный водоструйный траншеекопатель T1200 (США).

Автономный беспилотный подводный глайдер «Морская тень» (Россия).

Классификация

Основная статья: Подводный_аппарат. Классификация

Современные НПА представляют собой отдельную группу робототехнических устройств, выполняющих определенные задачи, а также обладающие определенными техническими характеристиками и функциональными свойствами. При всем разнообразии беспилотных подводных аппаратов (по целевому назначению, массогабаритным характеристикам, конструктивному облику, типу энергосиловой установки и т.д.) общепризнанной классификации в этом классе подводных аппаратов еще не сложилось.

Надо отметить, что деление НПА по признаку автономности сформировалось в процессе эволюции этого вида техники, и под автономностью понимается, прежде всего, энергетическая независимость аппарата от судна-носителя.

Принято делить НПА на «телеуправляемые необитаемые подводные аппараты» (сокр. ТНПА, англ. Remote Operated Vehicle или ROV) и «автономные необитаемые подводные аппараты» (сокр. АНПА, англ. Autonomous Underwater Vehicle или AUV).

Подводные аппараты обычно подразделяются на категории в зависимости от их размера, веса, возможностей или мощности.

В отношении ТНПА используются следующие категории:

• Аппараты «микро» с массой менее 5 кг. Эти аппараты часто используются в качестве альтернативы водолазу, особенно в местах, куда человек не в состоянии проникнуть, - например, в канализацию, трубопровод или небольшую полость;
• Аппараты «мини» с массой от 5 до 30 кг. Такие аппараты один человек может транспортировать на небольшой лодке^[1];
• Аппараты общего назначения предназначены для решения поисковых, инспекционных и осмотровых задач, выполнения легких механических работ в толще воды и проведения измерений параметров водной среды. Их типовые характеристики: максимальная рабочая глубина - до 3000 м (в большинстве проектов – до 1000 м); радиус действия (максимальное удаление от судна-носителя) – 100–150 м (в редких случаях до 1000 м); скорость подводного хода – 1–2,5 узла, масса – от 20 до 350 кг.
• Аппараты «рабочей» категории предназначены для решения широкого круга подводно-технических работ (аварийно-спасательных, поисковых, инженерно-строительных и ремонтных). Эти ТНПА имеют массу от 30 до 6000 кг, и оснащены достаточно сложным навесным оборудованием.
• Донные ТНПА – это аппараты на гусеничном ходу, предназначенные для тяжелых механических работ (таких как прокладка трубопровода или кабеля) на морском дне.

Подводные вездеходы могут находиться в "свободном плавании", когда они работают на нейтральной плавучести на тросе с корабля-носителя или платформы, или они могут быть "гаражными", когда они работают из погружного "гаража" или "крыши" на тросе, прикрепленном к тяжелому гаражу, который опускается с корабля или платформы. Оба метода имеют свои плюсы и минусы; [требуется пояснение] однако очень глубокие работы обычно выполняются в гараже.

Наиболее общими и существенными классификаци- онными признаками для АНПА (включая полуавтоном- ные НПА) являются целевое назначение, массогабаритные характеристики и конструктивный облик, включая тип дви- жителя и системы энергообеспечения. Основное целевое назначение проекта АНПА может быть военным, гражданским, двойным и эксперимен- тальным. Надо отметить, что модульный принцип пост- роения современных аппаратов привел к стиранию гра- ней между их целевым назначением. Практически все современные разработки конструкций АНПА являются многоцелевыми. По массе АНПА подразделяются на микро (АПМА), мини, малые, средние и большие

Достоинства неавтономных НПА по сравнению с АНПА: •• большая продолжительность непрерывной работы (энер- госнабжение этих аппаратов осуществляется либо с бор- та обеспечивающего судна, либо при помощи берегово- го оборудования); •• возможность выполнения сложных и тяжелых механических работ в толще воды и на донной поверхности; •• относительно низкая стоимость постройки и эксплуатации (существенно меньшая сложность конструкции по сравнению с АНПА одного и того же класса); •• относительно высокая надежность конструкции (практически нет риска невозвращения аппарата). Наряду с достоинствами, неавтономные НПА обладают и ря- дом недостатков, основные из которых: •• полная зависимость аппарата от обеспечивающего судна или берегового надводного оборудования; •• радиус действия аппарата ограничен длиной кабеля-связки; •• на борту обеспечивающего судна необходимо устройство управ- ления натяжением кабеля-связки (во время волнения моря); •• сложность управления аппаратом в условиях сильных тече- ний, завалов и узкостей. Эти недостатки, а также достижения в области энергетики, электроники и информационных технологий послужили мощным стимулом к стремительному развитию НПА автономного класса.

История

Основная статья: Подводный аппарат. История

В 1970-х и 80-х годах Королевский военно-морской флот использовал дистанционно управляемый подводный аппарат "Cutlet" для извлечения учебных торпед и мин. RCA (Шум) обслуживала систему "Cutlet 02", базирующуюся на полигонах БУТЕК, в то время как система "03" базировалась на базе подводных лодок на Клайде и обслуживалась персоналом RN.

ВМС США профинансировали большую часть ранних разработок технологии ROV в 1960-х годах в то, что тогда было названо "Подводным спасательным аппаратом с кабельным управлением" (CURV). Это создало возможность для проведения глубоководных спасательных операций и извлечения предметов со дна океана, таких как ядерная бомба, потерянная в Средиземном море после катастрофы Паломареса B-52 в 1966 году. Опираясь на эту технологическую базу, морская нефтегазовая промышленность создала ROV рабочего класса для оказания помощи в разработке морских нефтяных месторождений. Спустя более десяти лет после их первого появления, ROV стали незаменимыми в 1980-х годах, когда большая часть новых морских разработок вышла за пределы досягаемости людей-дайверов. В середине 1980-х годов индустрия морских беспилотных летательных аппаратов страдала от серьезной стагнации в технологическом развитии, частично вызванной падением цен на нефть и глобальным экономическим спадом. С тех пор технологическое развитие в индустрии беспилотных летательных аппаратов ускорилось, и сегодня беспилотные летательные аппараты выполняют множество задач во многих областях. Их задачи варьируются от простого осмотра подводных сооружений, трубопроводов и платформ до соединения трубопроводов и размещения подводных коллекторов. Они широко используются как при первоначальном строительстве подводного сооружения, так и при последующем ремонте и обслуживании.[2]

Подводные аппараты использовались для обнаружения многих исторических кораблекрушений, в том числе Титаника, Бисмарка, Йорктауна и Центральной Америки. В некоторых случаях, таких как "Титаник" и "Центральная Америка", подводные аппараты использовались для извлечения материалов с морского дна и доставки их на поверхность.[3]

В то время как в нефтегазовой промышленности используется большинство беспилотных летательных аппаратов, другие области применения включают науку, военные и спасательные работы. Военные используют ROV для таких задач, как разминирование и инспекция. Использование в научных целях обсуждается ниже.

Первый AUV был разработан в Лаборатории прикладной физики Вашингтонского университета еще в 1957 году Стэном Мерфи, Бобом Франсуа и позже Терри Эвартом. "Подводный исследовательский аппарат специального назначения", или SPURV, использовался для изучения диффузии, акустической передачи и подводных следов.

Другие ранние AUV были разработаны в Массачусетском технологическом институте в 1970-х годах. Один из них выставлен в Морской галерее Харта в Массачусетском технологическом институте. В то же время в Советском Союзе также были разработаны автономные подводные аппараты[1] (хотя об этом стало известно гораздо позже).

Особенности конструкции

Основная статья: Подводный аппарат. Особенности конструкции

Вездеходы рабочего класса построены с большим плавучим блоком на алюминиевом шасси, чтобы обеспечить необходимую плавучесть для выполнения различных задач. Сложность конструкции алюминиевой рамы варьируется в зависимости от конструкции производителя. Синтактическая пена часто используется в качестве плавучего материала. В нижней части системы может быть установлена подставка для инструментов для размещения различных датчиков или пакетов инструментов. Благодаря размещению легких компонентов сверху, а тяжелых - снизу, общая система имеет большое расстояние между центром плавучести и центр тяжести: это обеспечивает устойчивость и жесткость для выполнения работ под водой. Двигатели размещены между центром плавучести и центром тяжести для поддержания устойчивости робота при маневрах. Различные конфигурации двигателей и алгоритмы управления могут быть использованы для обеспечения надлежащего управления положением и ориентацией во время операций, особенно в условиях сильного течения. Двигатели обычно имеют сбалансированную векторную конфигурацию, обеспечивающую максимально точное управление.

Электрические компоненты могут находиться в маслонаполненных водонепроницаемых отсеках или отсеках с температурой в одну атмосферу, чтобы защитить их от коррозии в морской воде и разрушения под действием экстремального давления, оказываемого на ROV при работе на глубине. ROV будет оснащен камерами, фонарями и манипуляторами для выполнения основных работ. Дополнительные датчики и инструменты могут быть установлены по мере необходимости для выполнения конкретных задач. Обычно встречаются подводные аппараты с двумя роботизированными манипуляторами; у каждого манипулятора может быть своя захватывающая челюсть. Камеры также могут быть защищены для защиты от столкновений. ROV может быть оснащен гидролокатором иЛидарное оборудование.[7]

Большинство ROV рабочего класса построены так, как описано выше; однако это не единственный стиль в методе построения ROV. Небольшие вездеходы могут иметь самые разные конструкции, каждая из которых соответствует своей предполагаемой задаче. Большие ROV обычно развертываются и управляются с судов, поэтому ROV могут иметь посадочные салазки для подъема на палубу.

По форме корпуса АНПА (по облику конструкции) сфор- мировались следующие устойчивые типы (рис.14): •• с классическими гидродинамическими формами (ци- линдрической, торпедообразной, каплеобразной, сига- рообразной, плоской и комбинированной); •• планерной формы с системой движения, основанной на изменении собственной (остаточной) плавучести ап- парата; •• с плоской верхней частью корпуса (солнечные АНПА – аппараты с фотоэлектронными преобразователями для подзарядки аккумуляторных батарей); •• с бионическими формами (плавающего и ползущего типа) или созданные с использованием бионических принципов (например, аппараты с плавниковыми дви- жителями).

Применение необитаемых подводных аппаратов

Боевые НПА

Научно-исследовательские НПА

Другие варианты применения НПА

Нефте-газовая добывающая отрасль

Нефтегазовая промышленность использует автономные подводные аппараты для составления подробных карт морского дна перед началом строительства подводной инфраструктуры; трубопроводы и подводные сооружения могут быть проложены наиболее экономичным способом с минимальным ущербом для окружающей среды. AUV позволяет геодезическим компаниям проводить точные исследования в районах, где традиционные батиметрические исследования были бы менее эффективными или слишком дорогостоящими. Кроме того, теперь возможны исследования труб после укладки, которые включают в себя инспекцию трубопровода. Использование автономных подводных аппаратов для осмотра трубопроводов и осмотра подводных искусственных сооружений становится все более распространенным явлением.

Расследование причин авиакатастроф

Медиа и киноиндустрия

Хобби

Примечания

1. ↑ Иногда ТНПА категорий «микро» и «мини» называют «глазное яблоко» (англ. Eyeball). Как правило, такие ТНПА предназначены для выполнения обзорно-поисковых работ, и часто не имеют манипуляторов.

См. также

• Подводная лодка
• Донный аппарат
• Дрейфующий подводный аппарат
• Глубоководный аппарат
• Автономный обитаемый подводный аппарат
• Батисфера
• Мезоскаф
• Батискаф

Ссылки

• Remotely operated underwater vehicle^(англ.)
• Autonomous underwater vehicle^(англ.)
• Автономный необитаемый подводный аппарат
• Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат

https://www.demetra5.kiev.ua/ru/catalog/dya .

• Подводные военные роботы
• Витязь-Д - комплекс для глубоководных подводных исследований

https://dfnc.ru/katalog-vooruzhenij/navy/podvodnye-lodki/klavesin-2r-pm/

• Беспилотные подводные аппараты

https://ru.wikipedia.org/wiki/Посейдон_(подводный_аппарат)

https://oceanexplorer.noaa.gov/facts/auv.html

https://www.ecagroup.com/en/find-your-eca-solutions/auv

https://maritimeforum.net/data/articles/inspekciya-truboprovoda-s-ispolzovaniem-auv-autonomous-underwater-vehicles.html

https://www.mbari.org/at-sea/vehicles/autonomous-underwater-vehicles/