(3) Обзор энергетических технологий для необитаемых подводных аппаратов
Сталкиваясь с этими физическими пределами, существующие решения в области энергетических технологий ищут компромиссы между удельной энергией, удельной мощностью и безопасностью. Электрохимическое накопление энергии (особенно литий-ионные батареи) благодаря своей зрелой производственной цепочке и быстрой динамической характеристике установило своё текущее доминирование. Однако, ограниченные механизмом интеркаляционных реакций, удельная энергия ячеек приближается к теоретическому пределу, и после учёта герметичного корпуса системная удельная энергия часто значительно снижается до 100–150 Вт·ч/кг [9,10].
В качестве альтернативы, можно назвать высокоэнергетические химические источники тока (такие как топливные элементы), которые теоретически могли бы обеспечить автономность, значительно превышающую ту, что дают литиевые батареи, за счёт разделения блоков накопления энергии и генерации. Однако отсутствие атмосферного кислорода под водой заставляет такую систему брать с собой окислители, а эффективное хранение окислителей и вопросы водно-теплового управления в закрытых режимах работы серьёзно ограничивают их системную надёжность [11,12,13].
Тепловые и ядерные технологии (такие как двигатели Стирлинга и реакторы с тепловыми трубами) обеспечивают очень высокий энергетический базис, подходящий для крупных тяжелонагруженных платформ, но их механические шумы ухудшают скрытность АНПА, а высокие затраты и риски ядерной безопасности ограничивают их широкое применение [14,15].
Технологии сбора энергии окружающей среды, такие как океанская тепловая энергия и энергия волн, нацелены на достижение «бесконечной автономности», но прерывистость и стохастичность их энерговыделения затрудняют их использование в качестве основного движителя, делая их пригодными только для маломощных глайдеров или в качестве вспомогательных источников энергии [16,17].
Хотя количество исследований в области подводной энергетики в последние годы растет экспоненциально, существующие обзорные статьи в основном ограничены каким-либо одним техническим аспектом. Например, часть литературы сосредоточена только на микроскопической модификации материалов электродов, игнорируя влияние глубоководного давления на макроскопические герметизирующие конструкции; другие работы фокусируются на алгоритмическом моделировании стратегий управления энергией (EMS), но не учитывают сложные гидродинамические условия и физические ограничения.
Настоящая статья ставит целью интеграцию знаний из материаловедения, гидродинамики и теории управления. Она представляет всесторонний обзор энергетических технологий подводных аппаратов. (..)
► SeaRobotics в Telegram | на RoboTrends | в Max
Сталкиваясь с этими физическими пределами, существующие решения в области энергетических технологий ищут компромиссы между удельной энергией, удельной мощностью и безопасностью. Электрохимическое накопление энергии (особенно литий-ионные батареи) благодаря своей зрелой производственной цепочке и быстрой динамической характеристике установило своё текущее доминирование. Однако, ограниченные механизмом интеркаляционных реакций, удельная энергия ячеек приближается к теоретическому пределу, и после учёта герметичного корпуса системная удельная энергия часто значительно снижается до 100–150 Вт·ч/кг [9,10].
В качестве альтернативы, можно назвать высокоэнергетические химические источники тока (такие как топливные элементы), которые теоретически могли бы обеспечить автономность, значительно превышающую ту, что дают литиевые батареи, за счёт разделения блоков накопления энергии и генерации. Однако отсутствие атмосферного кислорода под водой заставляет такую систему брать с собой окислители, а эффективное хранение окислителей и вопросы водно-теплового управления в закрытых режимах работы серьёзно ограничивают их системную надёжность [11,12,13].
Тепловые и ядерные технологии (такие как двигатели Стирлинга и реакторы с тепловыми трубами) обеспечивают очень высокий энергетический базис, подходящий для крупных тяжелонагруженных платформ, но их механические шумы ухудшают скрытность АНПА, а высокие затраты и риски ядерной безопасности ограничивают их широкое применение [14,15].
Технологии сбора энергии окружающей среды, такие как океанская тепловая энергия и энергия волн, нацелены на достижение «бесконечной автономности», но прерывистость и стохастичность их энерговыделения затрудняют их использование в качестве основного движителя, делая их пригодными только для маломощных глайдеров или в качестве вспомогательных источников энергии [16,17].
Хотя количество исследований в области подводной энергетики в последние годы растет экспоненциально, существующие обзорные статьи в основном ограничены каким-либо одним техническим аспектом. Например, часть литературы сосредоточена только на микроскопической модификации материалов электродов, игнорируя влияние глубоководного давления на макроскопические герметизирующие конструкции; другие работы фокусируются на алгоритмическом моделировании стратегий управления энергией (EMS), но не учитывают сложные гидродинамические условия и физические ограничения.
Настоящая статья ставит целью интеграцию знаний из материаловедения, гидродинамики и теории управления. Она представляет всесторонний обзор энергетических технологий подводных аппаратов. (..)
► SeaRobotics в Telegram | на RoboTrends | в Max