ساخت مینی‌زیردریایی تحقیقاتی در کشور

نوآوری‌ در ‌سیستم تعیین عمق‌ ربات‌های زیرآبی‌

همان‌طور که می‌دانید صنایع دریایی نقش مهمی در زندگی انسان‌ها دارد. به همین علت بررسی بسیاری از موضوعات مطرح درباره چگونگی ایجاد تحولاتی نوین در عرصه دریاها مورد توجه بسیاری از محققان و پژوهشگران قرار گرفته است.

با توجه به توسعه و گسترش صنایع دریایی، استفاده از فناوری‌های نوین برای پاسخگویی به نیازهای موجود در جمع‌آوری اطلاعات زیست‌محیطی و تحقیقاتی بسیار ضروری خواهد بود.

استفاده از فناوری رباتیک در سالهای اخیر در علوم دریایی نیز مورد توجه قرار گرفته که دسترسی به حجم زیادی از اطلاعات مورد نیاز برای انجام تحقیقات مهندسی در زمینه‌های مرتبط با علوم دریایی را امکان‌پذیر کرده است.

امروزه ربات‌های زیر آبی یکی از مهمترین اجزای علوم و صنایع دریایی هستند که به وسیله نهادهای تجاری، دولتی، نظامی و تحقیقاتی استفاده شده و انجام وظایف متعددی را به عهده گرفته‌اند.
در سالهای اخیر، استفاده از وسایل مهندسی که از قابلیت استفاده در اعماق آب‌ها برخوردار هستند و می‌توانند انجام بسیاری از تحقیقات در بستر دریاها و اقیانوس‌ها را امکان‌پذیر کنند، توانایی انسان‌ها در تحقیق و کار در اعماق دریاها را بشدت تحت تاثیر خود قرار داده‌اند و در بسیای از صنایع مختلف استفاده از تجهیزاتی که بتوان آنها را بدون حضور مستقیم نیروی انسانی و را از راه دور هدایت و کنترل کرد، مورد توجه قرار گرفته است، تا جایی‌که در بسیاری از زمینه‌ها انجام طرحهای تحقیقاتی بدون حضور ربات‌هایی که می‌توانند عملیاتی را به صورت برنامه‌ریزی شده انجام دهند و دستورات کاربر را به صورت دقیق اجرا کنند، امکان‌پذیر نخواهد بود.

ربات‌های زیردریایی نیز یکی از انواع فناوری‌های نوین هستند که کاربر با استفاده از آن می‌تواند این وسیله را در اعماق آب‌ها کنترل کند و عملیات مورد نظر را بدون حضور مستقیم خود از طریق تجهیزات رباتیک انجام دهد.

بررسی‌های انجام شده در این زمینه نشان می‌دهد که در سالهای اخیر ربات‌های زیر آبی در اندازه‌ها و ابعاد متفاوت طراحی و ساخته شده‌اند که به طیف وسیعی از امکانات و تجهیزات مجهز هستند و حتی در برخی موارد به تولید صنعتی نیز رسیده‌اند.

شگفتی حرکت زیردریایی‌ها

به گفته مهندس محمدحسین گیاهی، مجری این طرح تحقیقاتی که توانست رتبه دوم طرحهای ابتکاری در گروه تخصصی مکانیک نهمین جشنواره جوان خوارزمی را از آن خود کند، معمولا عمق دریاها را با فضا مقایسه می‌کنند؛ چرا که شگفتی در ژرفای اقیانوس‌ها کمتر از شگفتی فضای بالای سر ما نخواهد بود. زیردریایی‌ها، ماشین‌هایی هستند که به ما انسان‌ها در شناخت اعماق دریاها کمک می‌کنند و به همین علت آنها را به عنوان یکی از شگفت‌انگیزترین اختراعات انسان شناخته‌اند.

سالیان سال دریانوردان فقط می‌توانستند روی عرشه کشتی‌ها کار کنند؛ اما با اختراع زیردریایی، انسان‌ها توانستند همچون موجودات دریایی برای مدت‌های طولانی زندگی در زیر دریاها را تجربه کنند.
دانشمندان برای ساخت و حرکت زیردریایی‌ها از 2 قانون مهم ارشمیدس و بویل استفاده کرده‌اند. طبق قانون ارشمیدس بر هر جسم غوطه‌ور در سیال معادل وزن سیال جابه‌جا شده، نیرو وارد می‌شود.
همواره وزن جسم به طرف پایین و نیروی شناور سیال به طرف بالا خواهد بود. هرگاه این دو نیرو با هم برابر باشند، جسم روی سیال شناور خواهد شد و اگر نیروی وزن بیشتر از نیروی شناوری سیال باشد، جسم کاملا در سیال فرو خواهد رفت.

این در حالی است که براساس قانون بویل در دمای ثابت، حجم و فشار یک سیال با هم رابطه معکوس دارند؛ یعنی هرگاه فشار وارد بر سیال دوبرابر شود، حجم سیال به نصف کاهش خواهد یافت. بر این اساس، از 2 روش دینامیکی و استاتیکی برای تغییر عمق زیردریایی‌ها استفاده می‌شود.

زیردریایی‌های دینامیکی از سرعت حرکت زیردریایی به کمک باله‌ها برای رفتن به اعماق آب استفاده می‌کنند، در حالی که زیردریایی‌های استاتیکی با تغییر شناوری یعنی کاهش و افزایش آب درون مخزنشان تغییر عمق می‌دهند.

نیروی شناوری مثبت با افزایش آب درون‌مخازن منفی شده و در نتیجه زیردریایی به زیر آب می‌رود. در این سیستم، سرعت زیردریایی تاثیری در تغییر عمق آن ندارد.در زیردریایی‌های مدرن نظامی ترکیبی از این دو سیستم مورد استفاده قرار گرفته است و بر این اساس شناوری زیردریایی‌های نظامی با تغییر آب موجود در مخازن اصلی تغییر می‌کند.

وقتی زیردریایی روی سطح آب قرار دارد، مخازن پر از هواست و دریچه‌های اصلی که روی زیردریایی هستند، در این وضعیت بسته خواهند بود. در زیردریایی‌های روسی، منافذی که در بخش تحتانی زیردریایی هستند با استفاده از یک دریچه بسته می‌شوند، اما در زیردریایی‌های امریکایی این منافذ همیشه باز هستند.
هنگام فرو رفتن زیردریایی در آب دریچه‌های بالایی باز شده و به هوا اجازه خروج می‌دهند، در نتیجه زیردریایی سنگین شده و زیر آب می‌رود. برای بازگشت زیردریایی به سطح آب نیز از هوای فشرده برای بیرون راندن آب استفاده می‌شود.

بررسی سیستم جدید

به گفته گیاهی، طرح مینی‌زیردریایی تحقیقاتی، پیاده‌سازی سیستمی جدید برای تغییر عمق زیردریایی‌ها روی یک زیردریایی مدل است. طول بدنه این زیردریایی 70 سانتی‌متر و قطر آن 30 سانتی‌متر است که برای ساخت آن از نوعی پلاستیک به نام تفلون استفاده شده است.

این زیردریایی مجهز به باتری‌های‌12 ولتی قابل شارژی است که نیروی لازم برای موتور پمپ، موتورهای بالانس و موتورهای قوی پیش‌‌راننده را تامین می‌کنند. قدرت مانور خوب، توانایی حفظ تعادل و بازیابی به سرعت تعادل، از مهمترین قابلیت‌های مینی‌زیردریایی تحقیقاتی طراحی شده است که حفظ تعادل افقی آن را با استفاده از سیستم‌ای خودکار تشخیص تعادل امکان‌پذیر می‌کند، همچنین تغییر عمق آن به صورت دقیق با استفاده از سیستم‌های استاتیکی و دینامیکی انجام شده و تصاویر ویدئویی آن به صورت مستقیم قابل مشاهده خواهد بود.

زیردریایی ساخته شده در این طرح پژوهشی براساس اصل افزایش حجم طراحی شد و به همین علت در مقایسه با سیستم عملکرد دیگر زیردریایی‌ها از مزیت‌ها و ویژگی‌های بسیار زیادی برخوردار است. اساس کار سیستم جدید با جایگزینی مخازن آب و هوای فشرده با پیستون‌ها و سیلندرها و تغییر پمپ‌های فشرده‌سازی هوا به پمپ هیدرولیک شکل می‌گیرد.

به این ترتیب، مخزنی کاملا ایزوله در زیردریایی در نظر گرفته شده است که نیمه پر از روغن است و تنها راه ارتباط مخزن به محیط بیرون یک منفذ خروجی است که به پمپ هیدورلیک متصل است. پمپ هیدرولیک روغن را با فشار زیاد پمپاژ می‌کند. خروجی پمپ هیدرولیک نیز به سیلندری متصل می‌شود که پیستونی مماس بر دیواره آن وجود دارد. با به کار افتادن پمپ هیدرولیک، روغن از مخزن کشیده شده و به درون سیلندر راه می‌یابد که در نتیجه سبب بیرون راندن پیستون می‌شود. با ورود روغن به سیلندر، هوای موجود در مخزن رقیق‌تر می‌شود.

بتدریج با خارج شدن روغن از مخزن به سیلندر و بیرون آمدن تدریجی پیستون، هوا نیز رقیق و رقیق‌تر می‌شود. بیرون آمدن تدریجی پیستون به منزله افزایش حجم زیردریایی است، چرا که این سیستم اساسا به گونه‌ای طراحی شده است که در چنین وضعیتی هیچ جرمی از سیستم کاسته یا به آن اضافه نشده است و فقط هوا در مخزن رقیق و پیستون خارج شده است، در نتیجه حجم سیستم افزایش یافته است. با افزایش حجم زیردریایی، نیروی شناوری افزایش می‌یابد و با ثابت ماندن وزن، زیردریایی به سطح آب منتقل خواهد شد.

مزایا و ویژگی‌ها

به گفته گیاهی در سیستم‌های پیشین که در زیردریایی‌ها برای تغییر عمق از آن استفاده می‌شود، برای رفتن زیردریایی به عمق آب و همچنین کاهش عمق حباب‌هایی در سطح آب ایجاد می‌شود که مکان زیردریایی را مشخص می‌کند، در حالی که در این سیستم از فناوری‌های جدیدی استفاده شده است که حبابی در سطح آب ایجاد نخواهد کرد. یکی از دیگر ویژگی‌های ابتکاری این طرح تبدیل پمپ آب و پمپ فشرده‌سازی هوا به یک پمپ هیدرولیک است.

در این سیستم، مخازن به شارژ نیاز ندارند و بسیاری از محدودیت‌هایی که در سیستم‌های قبلی به علت وجود آب دریا در مخازن و تشکیل رسوب در سطح مخازن وجود داشت در این زیردریایی از میان برداشته شده است. با توجه به کاربرد سیال مایع (روغن) و پمپ هیدرولیک دقت سیستم جدید در مقایسه با سیستم هوای فشرده شده به مراتب بیشتر خواهد بود.

آسیب رسیدن مخازن آب زیردریایی‌ها، احتمال غرق شدن آنها در اعماق دریاها را افزایش می‌دهد، اما در این سیستم هرگونه آسیب‌دیدگی یا نقص در عملکرد قطعات و تجهیزات مربوط به سیستم تغییر عمق زیردریایی که خارج از محفظه ایزوله باشد منجر به غرق شدن زیردریایی نشده و در نتیجه می‌توان احتمال وارد شدن هرگونه آسیب منجر به غرق شدن و از بین رفتن این ربات زیر آبی شناور به حداقل رسانده شده است

از مینی‌زیردریایی تحقیقاتی ساخته شده می‌توان برای کشف و بررسی کشتی‌های غرق شده و همچنین کشف جعبه سیاه هواپیماها در اعماق آب‌ها استفاده کرد. علاوه بر این، بررسی کابل‌های مخابراتی و بررسی لوله‌ها در بستر دریاها نیز از دیگر موارد کاربرد این فناوری است.

زیردریایی‌ها به روایت تاریخ‌

نخستین زیردریایی در سال 1620 میلادی به وسیله ون دربل ساخته شد که تنها می‌توانست در عمق 5/4 متری حرکت کند. حجم داخل آن بسیار کوچک بود و تنها یک نفر می‌توانست در آن قرار گیرد. در سال 1770 دیوید باشنل، زیردریایی جدیدی طراحی کرد که به کمک دست و پدال‌های پایی حرکت می‌کرد و 30 سال پس از ساخت این زیردریایی، روبرت فوستون زیردریایی دیگری با گنجایش 3 نفر را طراحی کرد که برای نخستین‌بار در این زیردریایی از بال‌هایی برای تنظیم عمق استفاده شده بود.

سال 1904 نخستین زیردریایی که با موتور دیزل  الکتریکی کار می‌کرد در فرانسه ساخته شد که در آن موتورهای دیزل در سطح آب باتری‌های الکتریکی را شارژ می‌کردند و سپس زیردریایی در آب فرو می‌رفت. سال 1954 نیز نخستین زیردریایی با سوخت هسته‌ای ساخته شد که به هوا نیاز نداشت و می‌توانست به مدت طولانی زیر دریا بماند، اما امروزه زیردریایی‌های پیشرفته‌ای ساخته شده که بدون استفاده از کابل در اعماق دریاها قابل هدایت هستند.

http://www.jamejamonline.ir