(2) Обзор энергетических технологий для необитаемых подводных аппаратов

На рисунке 1 показано внутреннее устройство АНПА и приведено сравнение трёх различных энергетических систем, используемых для его питания.

Рисунок 1. Классификация основных энергетических систем для АНПА.

(a) Составные части АНПА;
(b) Батарея металл–морская вода;
(c) Топливная элементная система;
(d) Литий-ионная батарея.

В отличие от наземных электромобилей или летательных аппаратов, проектирование подводных энергетических систем сталкивается с серьёзными ограничениями многофизического сопряжения, налагаемыми глубоководной средой. Огромное гидростатическое давление, строгие требования к нейтральной плавучести и термодинамические противоречия в стеснённых объёмах создают уникальный комплекс инженерных проблем. Эти факторы действуют не изолированно, а приводят к нелинейному увеличению массы и энергопотребления системы, создавая узкое место, которое в большей степени ограничивает прорыв в характеристиках глубоководного оборудования, чем навигация и управление.

Это фундаментальное физическое требование - выдерживать гидростатическое давление примерно 10 МПа на каждые 1000 м - вынуждает размещать аккумуляторные батареи в тяжёлых прочных корпусах, что требует добавления высокоплотного синтактического пенопласта для компенсации плавучести, тем самым создавая каскадное увеличение водоизмещения аппарата [6].

Это приводит к резкому увеличению полного водоизмещения системы, что, в свою очередь, увеличивает площадь смоченной поверхности и сопротивление движению, и в итоге энергетический выигрыш от добавленных батарей нивелируется их собственным весом и дополнительным сопротивлением. Кроме того, глубоководная среда обычно поддерживает постоянную низкую температуру 0–4 °C, что приводит к снижению активности электрохимических реакций; и наоборот, во время высокомощных миссий (например, скоростное уклонение) внутреннее теплоизолированное пространство аппарата сталкивается с риском накопления тепла. Это термодинамическое противоречие - «снаружи экстремальный холод, внутри накопление тепла» - ещё больше увеличивает сложность проектирования энергетических систем [7,8]. (..)

► SeaRobotics в Telegram | на RoboTrends | в Max