Till innehåll på sidan

On the Performance of Long-Range Autonomous Underwater Vehicles

Enhancing the Endurance of AUVs

Tid: On 2022-06-15 kl 09.00

Plats: Auditorium, Kristineberg Center, 450 34 Fiskebäcksil

Språk: Engelska

Ämnesområde: Farkostteknik

Respondent: Clemens Deutsch , Marina system, Lättkonstruktioner, marina system, flyg- och rymdteknik, rörelsemekanik, Centre for Naval Architecture

Opponent: Professor Martin Ludvigsen, Norwegian University of Science and Technology

Handledare: Professor Jakob Kuttenkeuler, Marina system, Flygteknik, Farkost- och flygteknik, Lättkonstruktioner, Farkostteknik och Solidmekanik; Roger Berg, Lättkonstruktioner, marina system, flyg- och rymdteknik, rörelsemekanik

QC 220518

Abstract

Autonoma undervattensfarkoster (AUV) är robotplattformar som vanligtvis används för att samla in miljödata, tillhandahålla batymetriska bilder och/eller utföra manipulationsuppgifter. Dessa robotar används inte bara för vetenskapliga, utan också industriella och militära ändamål. Klimatförändringar och politiska instabiliteter har skapat ett ökat behov av AUV:er med lång räckvidd som till exempel kan samla in oceanografisk data från under avlägsna antarktiska istungor eller utföra undervattens- och spaningsuppdrag för att säkerställa landets säkerhet. Idag hindras AUV:er i sin operation ofta av sin begränsade räckvidd och är dessutom generellt tvingade att färdas i låg hastighet. Ökad användning av AUV:er är därför starkt beroende av val av optimalt framdrivnings- och energisystem.

Konventionella framdrivningssystem omfattar propellrar och flytkraftsmotorer. Som en del av detta doktorsarbete analyseras analytiskt transitprestanda hos undervattens- glidare. Analysen ger ett ”glide-metric” som möjliggör snabb och enkel bedömning av effektiviteten av undervattensglidning med hjälp av fordonens hydrodynamiska koefficienter för lyft och motstånd – parametrar, som vanligtvis erhålls och finns tillgängliga under designprocessen. Resultaten visar vidare att för Myring-formade kroppar kan undervattensglidning vara den mest effektiva framdrivnings-metoden, givet en effektiv design av flytkraftsmotorn.

Idag drivs de flesta AUV:er av laddningsbara litiumjonbatterier. En alternativ lösning för att öka användbarheten av AUV:er är implementeringen av bränslecellssysteme (FCS). Genom konceptuell design med användning av färdiga komponenter visas i detta arbete hur FCS:er kan överträffa Li-ion-system när det gäller energitäthet på systemnivå. FC-systemet implementeras vanligtvis som hybridsystem parade med ett batterisystem med liten kapacitet. Energy Management Strategies (EMS) krävs för att samordna dessa två kraftkällor. Både deterministiska och optimeringsbaserade strategier har testats i simulering och utvärderats mot realistiska AUV-strömförbrukningsdata från fältförsök. Eftersom bränsleekonomi bara är en av flera utvärderingsparametrar, förutom t.ex. krafttillförlitlighet och systemförsämring, visar resultaten att komplexiteten hos EMS måste växa med uppdragets komplexitet

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-312392