Подводный планер

— Подводный планер это тип автономного подводного аппарата (АПА), в котором используется двигательная установка с переменной плавучестью вместо традиционных гребных винтов или подруливающих устройств . Он использует переменную плавучесть аналогично поплавку для профилирования , 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 спуске по воде. На определенной глубине планер переключается на положительную плавучесть, чтобы подняться вверх и вперед, а затем цикл повторяется.

Хотя планеры и не так быстры, как обычные АНПА, они предлагают значительно большую дальность полета и выносливость по сравнению с традиционными АНПА, что позволяет продлить миссию по отбору проб океана с часов до недель или месяцев и до тысяч километров дальности. ^[1] профиль вверх-вниз, Типичный пилообразный за которым следует планер, может предоставить данные во временных и пространственных масштабах, недостижимых с помощью АНПА, и их сбор с использованием традиционных корабельных методов обходится гораздо дороже. Военно-морские силы и организации, занимающиеся исследованием океана, используют самые разнообразные конструкции планеров, при этом планеры обычно стоят около 100 000 долларов США. ^[2]

История

готовится Вашингтонского университета Seaglider к развертыванию

Морской планер 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 планирования, свойства малозаметности и идея плавучего двигателя, приводимого в движение пловцом-пассажиром, были описаны Юэном Фэллоном в его патенте на гидроплан, поданном в 1960 году. ^[4] В 1992 году Токийский университет провел испытания ALBAC, планера с падающим грузом без контроля плавучести и только с одним циклом планирования. ^{[ нужна ссылка ]} Программа DARPA SBIR получила предложение по планеру с температурным градиентом в 1988 году. В то время DARPA было известно о подобных исследовательских проектах, проводимых в СССР. ^[5]Эта идея — планер с плавучим двигателем, приводимым в движение теплообменником — была представлена океанографическому сообществу Генри Стоммелом в статье 1989 года в журнале Oceanography , когда он предложил концепцию планера под названием Slocum , разработанную совместно с инженером-исследователем Дугом Уэббом. Планер назвали в честь Джошуа Слокама , совершившего первое одиночное кругосветное плавание на парусной лодке. Они предложили использовать энергию температурного градиента между глубокими океанскими водами (2-4 °C) и поверхностными водами (при температуре, близкой к атмосферной) для достижения дальности полета вокруг земного шара, ограниченной только зарядом бортовых батарей для связи, датчиков и навигационных компьютеров. ^[3]

не только продемонстрировала работающий планер с тепловым двигателем ( Slocum Thermal К 2003 году компания Webb Research (основанная Дугом Уэббом) ), но они и другие учреждения представили планеры с батарейным питанием, обладающие впечатляющим сроком службы и эффективностью, намного превосходящие таковые у традиционных моделей. АНПА обзорного класса. ^[6] С тех пор эти машины получили широкое распространение. , Вашингтонского университета Автомобили Seaglider Океанографический институт Скриппса и Teledyne Webb Research Slocum совершили такие подвиги, как совершение трансатлантического путешествия. ^[7] и проведение постоянного совместного мониторинга океанографических переменных с использованием нескольких аппаратов. ^{[ нужна ссылка ]} первый бескрылый планер SeaExplorer . В 2011 году в результате сотрудничества французских учреждений и компаний был выпущен ^[8]

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

Функциональное описание

Планеры обычно выполняют такие измерения, как температура , проводимость (для расчета солености ), течения, хлорофилла флуоресценция , оптическое обратное рассеяние , глубина дна, а иногда и акустическое обратное рассеяние или окружающий звук. Они ориентируются с помощью периодических наземных GPS- приемников, датчиков давления, датчиков наклона и магнитных компасов. транспортного средства Тангаж регулируется с помощью подвижного внутреннего балласта (обычно аккумуляторных блоков), а рулевое управление осуществляется либо с помощью руля направления (как в Slocum ), либо путем перемещения внутреннего балласта для управления креном (как в SeaExplorer , Spray и Seaglider ). Плавучесть регулируется либо с помощью поршня для заполнения/эвакуации отсека морской водой ( Slocum ), либо путем перемещения масла во внешний баллон или из него ( SeaExplorer , Seaglider , Spray и Slocum Thermal ). Поскольку регулировка плавучести относительно невелика, балласт планера обычно необходимо отрегулировать перед началом миссии, чтобы добиться 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 выдержать. Модель Slocum рассчитана на глубину 200 или 1000 метров. Spray может работать на глубине до 1500 метров, Seaglider - до 1000 метров, SeaExplorer - до 700, а Slocum Thermal - до 1200. В августе 2010 года Deep Glider снова достиг рабочей глубины в 6000 метров. вариант Seaglider ^{[ нужна ссылка ]} Аналогичной глубины достиг китайский планер в 2016 году. ^[10]

Летающие крылья класса Либердаде

ВМС США В 2004 году Управление военно-морских исследований начало разработку крупнейших в мире планеров «летающее крыло» класса Liberdade используется смешанная форма корпуса крыла , в которых для достижения гидродинамической эффективности . Изначально они предназначались для незаметного слежения за дизель-электрическими подводными лодками в прибрежных водах, оставаясь на стоянке до 6 месяцев. К 2012 году была разработана новая модель, известная как ZRay, для отслеживания и идентификации морских млекопитающих в течение продолжительных периодов времени. ^[11] Он использует водяные струи для точного управления ориентацией, а также для движения по поверхности. ^[11]^[12]^{[ нужно обновить ]}

Полезная нагрузка

Планеры были предназначены для перевозки океанографических приборов. Изначально были установлены простые датчики проводимости, температуры и глубины. ^[13]^[14] Поскольку планеры приводятся в движение плавучим двигателем, у планеров есть движущиеся части, которые активны только время от времени, поэтому механические вибрации и шум минимальны, что делает их отличным транспортным средством для чувствительных приборов, включая зонды микроструктуры. ^[15] и акустические датчики.

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

Флуорометры
Датчики фотосинтетически доступного излучения (PAR)
Оптоды растворенного кислорода
Акустические доплеровские профилировщики тока (ADCP)
Приборы лазерного рассеяния и трансмиссометрии in-situ (LISST)
Датчики нитратов
Активная акустика
Пассивный акустический мониторинг (ПАМ)
Теневые камеры
микроструктуры ( турбулентности ) Зонды
Датчики углеводородов

Количество датчиков, которыми может быть оснащен планер, зависит от того, сколько места для датчиков имеется в его корпусе. Планеры Slocum имеют модульные корпуса и могут быть расширены для добавления новых датчиков; у других типов планеров есть только начальная площадь поверхности, которая может быть оборудована приборами. По причинам, связанным с получением данных, инструменты могут потребовать специального размещения, например, на верхней части транспортного средства, чтобы улавливать проникновение света с поверхности, или в самой передней части транспортного средства, за пределами области, где транспортное средство влияет на поток воды, для датчиков микроструктуры. Количество датчиков также может быть ограничено мощностью, необходимой для их работы.

См. также

Автономный подводный аппарат - Беспилотный подводный аппарат с автономной системой наведения.
Поплавки «Арго» - Международная программа океанографических наблюдений
Liquid Robotics - американская корпорация морской робототехники, разработчики Wave Glider.
Параване (оружие) – Тральщик.
Параване (водный змей) - буксируемый подводный объект на подводных крыльях.
DeepFlight Super Falcon – Крылатая личная подводная лодка
Autonomous Robotics Ltd - британская компания, разрабатывающая автономный подводный аппарат.

Ссылки

^ «Морской планер: автономный подводный аппарат» . Лаборатория прикладной физики Вашингтонского университета . Проверено 24 апреля 2020 г.
^ патент США 7987674 , Джек А. Джонс; И Чао и Томас И. Вальдес, «Генератор тепловой энергии из материала с фазовым переходом», выпущено 2 августа 2011 г.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с Дженкинс, Скотт А.; Хамфрис, Дуглас Э; Шерман, Джефф; Оссе, Джим; Джонс, Клейтон; Леонард, Наоми (6 мая 2003 г.), Исследование системы подводных планеров , Океанографический институт Скриппса , отчет № 53 , получено 26 мая 2012 г.
^ Патент США 3204596 , Юэн С. Фэллон, «Гидроплан», выдан 7 сентября 1965 г.
^ «Вечный автономный исследовательский подводный аппарат» . Тони Биграс . Проверено 3 июля 2009 г.
^ Автономные подводные планеры с приводом от плавучести.
↑ Кирк Мур, «Подводный планер Рутгерса совершает трансатлантический перелет», Daily Record, 6 декабря 2009 г. «Добро пожаловать в nginx eaa1a9e1db47ffcca16305566a6efba4!185.15.56.1» . Архивировано из оригинала 21 января 2013 г. Проверено 16 декабря 2009 г.
^ Клаустр, Эрве; Бегери, Лоран; Пла, Патрис (март 2014 г.). «Планер SeaExplorer побивает два мировых рекорда». Морские технологии . 55 (3): 19–22 – через ProQuest.
^ «НОАА: 50 лет науки, обслуживания и управления» . Иссуу . 03.10.2020. стр. 84–85 . Проверено 6 июля 2021 г.
^ Чен, Стивен (1 сентября 2016 г.). «ВМС НОАК рассматривают китайский глубоководный подводный планер после того, как успешные испытания показали, что он может конкурировать с американским кораблем» . Южно-Китайская Морнинг Пост . Проверено 16 мая 2017 г.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Д'Спейн, Джеральд Л., Планеры XRay/ZRay Flying Wing Glider , Океанографический институт Скриппса , данные получены 25 мая 2012 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Liberdade XRay Advanced Underwater Glider , Управление военно-морских исследований , 19 апреля 2006 г., заархивировано из оригинала 19 апреля 2013 г. , получено 25 мая 2012 г.
^ Уэбб, округ Колумбия; Симонетти, П.Дж.; Джонс, КП (2001). «СЛОКУМ: подводный планер, приводимый в движение энергией окружающей среды» . Журнал IEEE океанической инженерии . 26 (4): 447–452. Бибкод : 2001IJOE...26..447W . дои : 10.1109/48.972077 . ISSN 0364-9059 .
^ Шерман, Дж.; Дэвис, RE; Оуэнс, ВБ; Вальдес, Дж. (2001). «Автономный подводный планер «Спрей» » . Журнал IEEE океанической инженерии . 26 (4): 437–446. Бибкод : 2001IJOE...26..437S . дои : 10.1109/48.972076 . ISSN 0364-9059 .
^ Волк, Ф.; Люк, Р.Г.; Сен-Лоран, Л. (октябрь 2009 г.). «Измерения турбулентности с планера» . Океаны 2009 . IEEE: 1–6. дои : 10.23919/oceans.2009.5422413 . ISBN 978-1-4244-4960-6 . S2CID 37954022 .
^ https://www.teledynemarine.com/en-us/products/SiteAssets/Webb%20Research/Teledyne%20Webb%20Research%20G3%20Brochure%202020-FINAL.pdf

Внешние ссылки

[1] «Морской планер: автономный подводный аппарат» . Лаборатория прикладной физики Вашингтонского университета . Проверено 24 апреля 2020 г.

[2] патент США 7987674 , Джек А. Джонс; И Чао и Томас И. Вальдес, «Генератор тепловой энергии из материала с фазовым переходом», выпущено 2 августа 2011 г.

[jenk2003-3] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с Дженкинс, Скотт А.; Хамфрис, Дуглас Э; Шерман, Джефф; Оссе, Джим; Джонс, Клейтон; Леонард, Наоми (6 мая 2003 г.), Исследование системы подводных планеров , Океанографический институт Скриппса , отчет № 53 , получено 26 мая 2012 г.

[4] Патент США 3204596 , Юэн С. Фэллон, «Гидроплан», выдан 7 сентября 1965 г.

[DARPAEARLY-5] «Вечный автономный исследовательский подводный аппарат» . Тони Биграс . Проверено 3 июля 2009 г.

[6] Автономные подводные планеры с приводом от плавучести.

[7] Кирк Мур, «Подводный планер Рутгерса совершает трансатлантический перелет», Daily Record, 6 декабря 2009 г. «Добро пожаловать в nginx eaa1a9e1db47ffcca16305566a6efba4!185.15.56.1» . Архивировано из оригинала 21 января 2013 г. Проверено 16 декабря 2009 г.

[8] Клаустр, Эрве; Бегери, Лоран; Пла, Патрис (март 2014 г.). «Планер SeaExplorer побивает два мировых рекорда». Морские технологии . 55 (3): 19–22 – через ProQuest.

[9] «НОАА: 50 лет науки, обслуживания и управления» . Иссуу . 03.10.2020. стр. 84–85 . Проверено 6 июля 2021 г.

[10] Чен, Стивен (1 сентября 2016 г.). «ВМС НОАК рассматривают китайский глубоководный подводный планер после того, как успешные испытания показали, что он может конкурировать с американским кораблем» . Южно-Китайская Морнинг Пост . Проверено 16 мая 2017 г.

[dspain-11] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Д'Спейн, Джеральд Л., Планеры XRay/ZRay Flying Wing Glider , Океанографический институт Скриппса , данные получены 25 мая 2012 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[onr2006fact-12] Liberdade XRay Advanced Underwater Glider , Управление военно-морских исследований , 19 апреля 2006 г., заархивировано из оригинала 19 апреля 2013 г. , получено 25 мая 2012 г.

[13] Уэбб, округ Колумбия; Симонетти, П.Дж.; Джонс, КП (2001). «СЛОКУМ: подводный планер, приводимый в движение энергией окружающей среды» . Журнал IEEE океанической инженерии . 26 (4): 447–452. Бибкод : 2001IJOE...26..447W . дои : 10.1109/48.972077 . ISSN 0364-9059 .

[14] Шерман, Дж.; Дэвис, RE; Оуэнс, ВБ; Вальдес, Дж. (2001). «Автономный подводный планер «Спрей» » . Журнал IEEE океанической инженерии . 26 (4): 437–446. Бибкод : 2001IJOE...26..437S . дои : 10.1109/48.972076 . ISSN 0364-9059 .

[15] Волк, Ф.; Люк, Р.Г.; Сен-Лоран, Л. (октябрь 2009 г.). «Измерения турбулентности с планера» . Океаны 2009 . IEEE: 1–6. дои : 10.23919/oceans.2009.5422413 . ISBN 978-1-4244-4960-6 . S2CID 37954022 .

[16] ttps://www.teledynemarine.com/en-us/products/SiteAssets/Webb%20Research/Teledyne%20Webb%20Research%20G3%20Brochure%202020-FINAL.pdf

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

v т и Робототехника
Main articles	Outline Glossary Index History Geography Hall of Fame Ethics Laws Competitions AI competitions
Types	Aerobot Anthropomorphic Humanoid Android Cyborg Gynoid Claytronics Companion Automaton Animatronic Audio-Animatronics Industrial Articulated arm Domestic Educational Entertainment Juggling Military Medical Service Disability Agricultural Food service Retail BEAM robotics Soft robotics
Classifications	Biorobotics Cloud robotics Continuum robot Unmanned vehicle aerial ground Mobile robot Microbotics Nanorobotics Necrobotics Robotic spacecraft Space probe Swarm Telerobotics Underwater remotely-operated Robotic fish
Locomotion	Tracks Walking Hexapod Climbing Electric unicycle Robotic fins
Navigation and mapping	Motion planning Simultaneous localization and mapping Visual odometry Vision-guided robot systems
Research	Evolutionary Kits Simulator Suite Open-source Software Adaptable Developmental Human–robot interaction Paradigms Perceptual Situated Ubiquitous
Companies	Amazon Robotics Anybots Barrett Technology Boston Dynamics Energid Technologies FarmWise FANUC Figure AI Foster-Miller Harvest Automation Honeybee Robotics Intuitive Surgical IRobot KUKA Starship Technologies Symbotic Universal Robotics Wolf Robotics Yaskawa
Related	Critique of work Powered exoskeleton Workplace robotics safety Robotic tech vest Technological unemployment Terrainability Fictional robots
Category Outline