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]
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 таковые у 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]
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]
В 2004 году Управление военно-морских исследований ВМС США начало разработку самых больших в мире планеров, планеров типа «летающие крылья» класса Liberdade , в которых 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 6 месяцев. К 2012 году была разработана более новая модель, известная как ZRay, для отслеживания и идентификации морских млекопитающих в течение длительных периодов времени. [11] Она использует водяные струи для точного управления ориентацией, а также для движения по поверхности. [11] [12] [ требуется обновление ]
Планеры были разработаны для перевозки океанографических приборов. Первоначально были оборудованы 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.
