Беспилотный подводный аппарат
Версия 19:06, 6 августа 2022 | Версия 20:39, 11 августа 2022 | |||
Строка 116: | Строка 116: | |||
=== Другие варианты применения НПА === | === Другие варианты применения НПА === | |||
==== Нефте-газовая добывающая отрасль ==== | ==== 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 ==== | ==== Расследование причин авиакатастроф ==== | |||
==== Медиа и киноиндустрия ==== | ==== Медиа и киноиндустрия ==== |
Версия 20:39, 11 августа 2022
Эта статья в данный момент редактируется Статья активно редактируется участником проекта Serenus:ru (обсуждение). Последняя правка была внесена 11.08.2022. |
--Serenus:ru (обсуждение) 21:34, 2 августа 2022 (UTC)
Содержание
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
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
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
- ↑ 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 .
https://dfnc.ru/katalog-vooruzhenij/navy/podvodnye-lodki/klavesin-2r-pm/
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://www.mbari.org/at-sea/vehicles/autonomous-underwater-vehicles/