طائرة شراعية تحت الماء

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
تم نشر طائرة شراعية تحت الماء من طراز Rutgers Slocum RU02

الطائرة الشراعية تحت الماء هي نوع من المركبات الآلية تحت الماء (AUV) تستخدم نظام دفع متغير الطفو بدلاً من المراوح أو المحركات التقليدية . تعتمد هذه الطائرة على الطفو المتغير بطريقة مشابهة للعوامة ، ولكن على عكس العوامة التي تتحرك للأعلى والأسفل فقط، فإن الطائرة الشراعية مزودة بأجنحة مائية (أجنحة تحت الماء) تسمح لها بالانزلاق للأمام أثناء هبوطها في الماء. عند عمق معين، تتحول الطائرة الشراعية إلى الطفو الموجب للصعود مرة أخرى، ثم تتكرر الدورة.

على الرغم من أنها ليست بنفس سرعة المركبات الآلية تحت الماء التقليدية، إلا أن الطائرات الشراعية توفر مدى وقدرة تحمل أكبر بكثير مقارنةً بها، مما يمدد مهمات أخذ عينات المحيط من ساعات إلى أسابيع أو شهور، ولمسافات تصل إلى آلاف الكيلومترات. [ 1 ] ويمكن للمسار الصاعد والهابط النموذجي الذي تتبعه الطائرة الشراعية، والذي يشبه شكل أسنان المنشار، أن يوفر بيانات على نطاقات زمنية ومكانية لا يمكن الحصول عليها بواسطة المركبات الآلية تحت الماء المزودة بمحركات، كما أن أخذ العينات باستخدام التقنيات التقليدية على متن السفن أكثر تكلفة بكثير. وتستخدم القوات البحرية ومنظمات أبحاث المحيطات مجموعة واسعة من تصاميم الطائرات الشراعية، حيث يبلغ سعر الطائرة الشراعية عادةً حوالي 100,000 دولار أمريكي. [ 2 ]

تاريخ

طائرة شراعية بحرية تابعة لجامعة واشنطن قيد التجهيز للإطلاق
طائرة شراعية بحرية على السطح بين الغطسات

بدأ استكشاف مفهوم الطائرة الشراعية تحت الماء في أوائل الستينيات من القرن الماضي، وذلك من خلال نموذج أولي لمركبة توصيل للسباحين أُطلق عليها اسم "كونسبت ويسبر". [ 3 ] وقد وصف إيوان فالون نمط الانزلاق المسنن، وخصائص التخفي، وفكرة محرك الطفو الذي يعمل بقوة السباح الراكب، في براءة اختراعه "هيدروجلايدر" التي قدمها عام 1960. [ 4 ] وفي عام 1992، أجرت جامعة طوكيو اختبارات على "ألباك"، وهي طائرة شراعية تعتمد على إسقاط الأوزان، ولا تحتوي على نظام للتحكم في الطفو، وتدور دورة انزلاق واحدة فقط. وفي عام 1988، تلقى برنامج "داربا" للابتكار في الأعمال الصغيرة (SBIR) مقترحًا لطائرة شراعية تعتمد على تدرج درجة الحرارة. وكانت " داربا " على دراية آنذاك بمشاريع بحثية مماثلة جارية في الاتحاد السوفيتي. [ 5 ] طُرحت هذه الفكرة، وهي عبارة عن طائرة شراعية مزودة بمحرك طفو يعمل بمبادل حراري، على مجتمع علوم المحيطات من قِبل هنري ستوميل في مقال نُشر عام 1989 في مجلة علم المحيطات ، حيث اقترح مفهوم طائرة شراعية أطلق عليها اسم "سلوكوم" ، والتي طُوّرت بالتعاون مع مهندس الأبحاث دوغ ويب. وقد أطلقوا على الطائرة الشراعية هذا الاسم نسبةً إلى جوشوا سلوكوم ، الذي قام بأول رحلة منفردة حول العالم بواسطة قارب شراعي. واقترحوا تسخير الطاقة من التدرج الحراري الذي يتراوح بين 2 و4 درجات مئوية (3.6 إلى 7.2 درجة فهرنهايت) بين مياه المحيط العميقة والمياه السطحية (التي تقارب درجة حرارة الغلاف الجوي) لتحقيق مدى دوران حول العالم، مع مراعاة طاقة البطارية الموجودة على متنها فقط لتشغيل الاتصالات وأجهزة الاستشعار وأجهزة الكمبيوتر الملاحية. [ 3 ]

بحلول عام 2003، لم يقتصر الأمر على عرض نموذج أولي لطائرة شراعية تعمل بالطاقة الحرارية ( سلوكوم ثيرمال ) من قِبل مركز ويب للأبحاث (الذي أسسه دوغ ويب)، بل قام المركز ومؤسسات أخرى بتطوير طائرات شراعية تعمل بالبطاريات تتميز بمدة تشغيل وكفاءة مذهلتين، تتجاوز بكثير كفاءة المركبات الآلية تحت الماء التقليدية المستخدمة في المسح. [ 6 ] وقد انتشر استخدام هذه المركبات على نطاق واسع في السنوات اللاحقة. وقد حققت مركبات جامعة واشنطن سيغلايدر ، ومعهد سكريبس لعلوم المحيطات سبراي ، وتيليداين ويب للأبحاث سلوكوم إنجازات بارزة، مثل إتمام رحلة عبر المحيط الأطلسي [ 7 ] وإجراء رصد تعاوني مستدام ومتعدد المركبات للمتغيرات المحيطية. وفي عام 2011، تم إطلاق أول طائرة شراعية بدون أجنحة، سي إكسبلورر، من خلال تعاون بين مؤسسات وشركات فرنسية. [ 8 ]

في عام 2020، استخدمت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) "طائرات شراعية للأعاصير" لمراقبة درجة حرارة المياه المحيطة بتيار الخليج ، وذلك لكي تتمكن الوكالة من فهم كيفية تأثير المياه الدافئة على الأعاصير والعواصف بشكل أفضل. [ 9 ]

الوصف الوظيفي

أطلق موظفو الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي طائرة شراعية من طراز سلوكوم.

تقوم الطائرات الشراعية عادةً بقياسات مثل درجة الحرارة ، والتوصيل الكهربائي (لحساب الملوحة )، والتيارات، وتألق الكلوروفيل ، والانتثار الضوئي ، وعمق القاع، وأحيانًا الانتثار الصوتي أو الصوت المحيط. وتعتمد في توجيهها على تحديدات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) السطحية الدورية ، ومستشعرات الضغط، ومستشعرات الميل، والبوصلات المغناطيسية. ويمكن التحكم في ميل المركبة بواسطة ثقل داخلي متحرك (عادةً ما يكون عبارة عن بطاريات)، ويتم التوجيه إما باستخدام دفة (كما في Slocum ) أو عن طريق تحريك الثقل الداخلي للتحكم في الدوران (كما في SeaExplorer و Spray و Seaglider ). ويتم ضبط الطفو إما باستخدام مكبس لملء/إفراغ حجرة بمياه البحر ( Slocum ) أو عن طريق تحريك الزيت داخل/خارج مثانة خارجية ( SeaExplorer و Seaglider و Spray و Slocum Thermal ). نظراً لأن تعديلات الطفو صغيرة نسبياً، يجب عادةً تعديل ثقل الطائرة الشراعية قبل بدء المهمة لتحقيق كثافة إجمالية للمركبات قريبة من كثافة المياه التي سيتم نشرها فيها. يتم نقل الأوامر والبيانات بين الطائرات الشراعية والشاطئ عبر الأقمار الصناعية. [ 3 ]

تختلف الغواصات الشراعية في قدرتها على تحمل الضغط. يُصنف طراز سلوكوم للعمل على عمق 200 متر (656 قدمًا) أو 1000 متر (3281 قدمًا) . يمكن لطراز سبراي العمل حتى عمق 1500 متر (4921 قدمًا) ، وطراز سي جلايدر حتى عمق 1000 متر (3281 قدمًا) ، وطراز سي إكسبلورر حتى عمق 700 متر (2297 قدمًا) ، وطراز سلوكوم ثيرمال حتى عمق 1200 متر (3937 قدمًا) . في أغسطس 2010، حقق طراز ديب جلايدر، وهو نسخة معدلة من طراز سي جلايدر، عمق تشغيل متكررًا بلغ 6000 متر (19685 قدمًا) . ووصلت غواصة شراعية صينية إلى أعماق مماثلة في عام 2016. [ 10 ]       

أجنحة طائرة من فئة ليبرداد

في عام ٢٠٠٤، بدأ مكتب البحوث البحرية التابع للبحرية الأمريكية بتطوير أكبر طائرة شراعية في العالم، وهي طائرة ليبرداد الشراعية ذات الجناح الطائر ، والتي تستخدم تصميمًا انسيابيًا يجمع بين الجناح والهيكل لتحقيق كفاءة ديناميكية مائية عالية. صُممت هذه الطائرات في البداية لتتبع الغواصات التي تعمل بالديزل والكهرباء بهدوء في المياه الساحلية ، والبقاء في مواقعها لمدة تصل إلى ستة أشهر. وبحلول عام ٢٠١٢، صُمم نموذج أحدث، يُعرف باسم ZRay، لتتبع وتحديد الثدييات البحرية لفترات طويلة. [ ١١ ] ويستخدم هذا النموذج نفاثات مائية للتحكم الدقيق في وضعية الطائرة، بالإضافة إلى الدفع على سطح الماء. [ ١١ ] [ ١٢ ]

الحمولات

صُممت الطائرات الشراعية لحمل أجهزة قياس المحيطات. في البداية، زُودت بمجسات بسيطة لقياس الموصلية ودرجة الحرارة والعمق. [ 13 ] [ 14 ] ولأنها تُدفع بواسطة محرك طفو، فإن أجزاءها المتحركة لا تعمل إلا بشكل متقطع، مما يقلل من الاهتزازات الميكانيكية والضوضاء، ويجعلها وسائل نقل ممتازة للأجهزة الحساسة، بما في ذلك مجسات البنية المجهرية [ 15 ] والمجسات الصوتية.

تم تعديل العديد من أجهزة الاستشعار المحيطية الموجودة لتناسب الطائرات الشراعية، أو تم تصميمها خصيصًا للطائرات الشراعية. وتشمل هذه: [ 16 ]

يعتمد عدد أجهزة الاستشعار التي يمكن تجهيز الطائرة الشراعية بها على المساحة المتاحة لها في هيكلها. تتميز طائرات سلوكوم الشراعية بهياكل معيارية قابلة للتوسيع لإضافة أجهزة استشعار جديدة، بينما تقتصر أنواع الطائرات الشراعية الأخرى على مساحة سطحها الأولية التي يمكن تجهيزها بهذه الأجهزة. ولأغراض جمع البيانات، قد تتطلب الأجهزة وضعًا خاصًا، كأن تُوضع أعلى المركبة لالتقاط الضوء المتسرب من السطح، أو في مقدمة المركبة، خارج المنطقة التي تؤثر فيها المركبة على تدفق الماء، وذلك لإجراء مجسات البنية المجهرية. كما قد يحدّ من عدد أجهزة الاستشعار الطاقة اللازمة لتشغيلها.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "سيغلايدر: مركبة غاطسة ذاتية القيادة" . مختبر الفيزياء التطبيقية، جامعة واشنطن . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-04-2020 .
  2. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 7987674 ، جاك أ. جونز؛ يي تشاو وتوماس آي. فالديز، "مولد طاقة حرارية بمادة تغيير الطور"، صدرت في 2011-08-02 
  3. 1 2 3 جينكينز، سكوت أ.؛ همفريز، دوغلاس إي؛ شيرمان، جيف؛ أوس، جيم؛ جونز، كلايتون؛ ليونارد، نعومي (6 مايو 2003)، دراسة نظام الطائرة الشراعية تحت الماء ، معهد سكريبس لعلوم المحيطات ، التقرير رقم 53 ، تم استرجاعه في 26 مايو 2012
  4. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 3204596 ، إيوان إس. فالون، "الطائرة الشراعية المائية"، صدرت في 7 سبتمبر 1965 
  5. ↑ "غواصة المسح الذاتي الدائم" . توني بيغراس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 يوليو 2009 .
  6. ↑ "طائرات شراعية تحت الماء ذاتية التشغيل تعمل بالطفو" (ملف PDF) .
  7. ↑ "طائرة شراعية تحت الماء تابعة لجامعة روتجرز تعبر المحيط الأطلسي" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-12-2009 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  8. ↑ كلاستر، هيرفيه؛ بيغيري، لوران؛ بلا، باتريس (مارس 2014). "طائرة شراعية من طراز SeaExplorer تحطم رقمين قياسيين عالميين". تكنولوجيا البحار . 55 (3): 19-22 .
  9. ↑ "الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي: 50 عامًا من العلم والخدمة والإشراف" . Issuu . 2020-10-03. ص 84-85 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-07-06 . 
  10. ↑ تشين، ستيفن (1 سبتمبر 2016). "البحرية الصينية تتطلع إلى الغواصة الصينية المخصصة لأعماق البحار بعد أن أظهر اختبار ناجح أنها تنافس الغواصة الأمريكية" . صحيفة ساوث تشاينا مورنينج بوست . تاريخ الاسترجاع: 16 مايو 2017 .
  11. 1 2 ديسبين، جيرالد ل. "طائرات شراعية بجناح طائر تعمل بالأشعة السينية/الأشعة السينية" . معهد سكريبس لعلوم المحيطات ( FTP ) . تم الاسترجاع في 25 مايو 2012 .(للاطلاع على المستندات، انظر صفحة المساعدة: FTP )
  12. ↑ طائرة شراعية متطورة تحت الماء من نوع Liberdade XRay ، مكتب البحوث البحرية ، 19 أبريل 2006، مؤرشفة من الأصل في 19 أبريل 2013 ، تم استرجاعها في 25 مايو 2012
  13. ↑ ويب، دي سي؛ سيمونيتي، بي جيه؛ جونز، سي بي (2001). "سلوكوم: طائرة شراعية تحت الماء تعمل بالطاقة البيئية" . مجلة IEEE للهندسة المحيطية . 26 (4): 447-452 . رمز Bibcode : 2001IJOE...26..447W . doi : 10.1109/48.972077 . ISSN 0364-9059 . 
  14. ↑ شيرمان، ج.؛ ديفيس، ر. إي.؛ أوينز، و. ب.؛ فالديس، ج. (2001). "الطائرة الشراعية ذاتية القيادة تحت الماء "سبراي"مجلة IEEE للهندسة المحيطية . 26 (4 ): 437-446 . Bibcode : 2001IJOE...26..437S . doi : 10.1109/48.972076 . ISSN 0364-9059 . 
  15. ↑ وولك، ف.؛ لوك، ر. ج.؛ سانت لوران، ل. (2009). "قياسات الاضطراب من طائرة شراعية". أوشنز 2009. ص 1-6 . doi : 10.23919/oceans.2009.5422413 . ISBN  978-1-4244-4960-6.
  16. ↑ "Slocum G3 Glider - مركبة غاطسة ذاتية القيادة، قدرة تحمل طويلة، أداء مثبت" ( ملف PDF) . www.teledynemarine.com