Об этом сообщила пресс-служба вуза.
Необитаемые подводные аппараты применяются для изучения морского дна, экологического мониторинга, а также контроля состояния портов, мостов, трубопроводов и кабелей. Для таких задач они должны быть легкими и компактными, особенно при работе в стесненных условиях, например, между конструкциями или на мелководье.
Однако существующие модели способны функционировать лишь около 30-40 мин. Этого времени часто не хватает для полноценной инспекции. В результате приходится проводить повторные погружения, что удорожает работы и увеличивает их продолжительность.
Автономные необитаемые подводные аппараты также помогают осваивать континентальный шельф, контролировать экологию и развивать морскую навигацию. С их помощью можно картографировать рельеф дна, изучать экосистемы и выполнять поисковые операции.
Не менее важны такие устройства для диагностики подводных объектов. Газопроводы, портовые сооружения, мостовые переходы и кабели связи пролегают вдоль береговой линии и нуждаются в постоянном контроле. Часто необитаемые аппараты оказываются единственным решением для этих задач, поскольку могут работать подо льдом, при сильном загрязнении или течении, то есть там, где труд водолаза невозможен или опасен.
В основном подобные конструкции компактны и рассчитаны на глубину до 50-300 м, что подходит для прибрежных зон. Но именно малые габариты создают главную проблему: внутри них нельзя разместить мощные двигатели и эффективные системы стабилизации. В итоге аппараты получаются неустойчивыми - их сносит даже слабым течением, а для удержания положения требуется постоянная ручная корректировка.
Это отражается и на времени автономной работы. Небольшие конструкции функционируют всего 30-40 мин, а за такой срок они физически не успевают выполнить большой объем задач. Если за отведенное время устройство не находит повреждение или не проводит полную съемку участка, приходится повторять погружение. В итоге на обследование одного объекта может уходить несколько дней, а стоимость работ оказывается крайне высокой.
Попытки инженеров увеличить продолжительность погружения или улучшить устойчивость приводят к сильному усложнению и утяжелению конструкции. Она перестает быть удобной и компактной, что мешает использовать ее в стесненных водных условиях. Сегодня в мире этот технологический тупик остается нерешенным: не существует серийных моделей, которые были бы одновременно легкими, эффективными и недорогими.
Ученые Пермского Политеха предложили новую конструкцию малогабаритного подводного аппарата. В отличие от существующих решений, он способен работать автономно не менее 1 ч. При этом его вес и стоимость будут примерно в 2-3 раза ниже за счет использования 3D-печати вместо литья металлом. Устройство рассчитано на глубину до 100 м и подходит для исследования прибрежных территорий.
Чтобы сделать аппарат более функциональным, исследователи отказались от классической цилиндрической формы корпуса, которая используется в большинстве подобных устройств, в пользу более обтекаемой. Такое решение снижает сопротивление воды и позволяет двигаться эффективнее.
Также вместо обычного винта исследователи внедрили водомет. Он работает так: вода засасывается внутрь и с силой выбрасывается назад через наконечник, который можно направлять в разные стороны. Благодаря этому аппарат может плыть не только прямо, но и мгновенно менять курс. Но главное, что водомет создает меньше сопротивления и позволяет экономить заряд аккумулятора, увеличивая время автономной работы.
По словам П. Кулешова, доцента кафедры информационных технологий и автоматизированных систем Пермского Политеха, кандидата технических наук, в дополнение к новой конструкции была разработана умная система управления. Если устройство начинает наклоняться вперед, назад или в сторону, система возвращает его в ровное положение. Это поможет аппарату устойчиво держаться на глубине и не сбиваться с курса даже при сильном течении.
Чтобы протестировать решение, исследователи построили трехмерную модель и провели виртуальные испытания в условиях, максимально приближенных к реальным: течение и гидродинамические нагрузки, характерные для прибрежной зоны. Они также взяли для расчетов глубину вплоть до 100 м. Такую величину выбрали с запасом, чтобы проверить, сохраняет ли конструкция устойчивость к разрушению корпуса и управляемость при более сильном давлении.
Расчеты подтвердили, что аппарат устойчив при движении, а обтекаемая форма обеспечивает низкое сопротивление и равномерное распределение нагрузки, что предотвращает деформацию и потерю герметичности.
П. Кулешов также отметил, что вес готового аппарата по предварительным оценкам составит всего 10 кг. Для сравнения, по его словам, масса большинства существующих аналогов достигает 30-50 кг.
Такой результат, как он указал, станет возможен в том числе благодаря применению 3D-печати из полимера. Обычно корпуса подводных аппаратов делают из стали или титановых сплавов, чтобы они выдерживали давление. Однако современные композитные материалы по прочности сопоставимы с металлами, но при этом значительно легче. Это, по словам П. Кулешова, позволит снизить стоимость устройства примерно в 2-3 раза без потери надежности.
Прибрежные акватории отличаются сложным рельефом, переменчивыми течениями и высокой плотностью инфраструктуры. Поэтому компактные автономные аппараты востребованы для регулярного обследования портов, кабелей и трубопроводов, где доступ водолазов ограничен или связан с повышенным риском.
Автор: А. Шевченко
