Tomando UUVs más rápido, más y más profundo

Figura 1: La familia de UUV compactos de Riptide (Foto: Marea baja)

Figura 2. Selección de las configuraciones del vehículo (Foto: Marea agitada)

Figura 3. Resultados de las pruebas de falla del casco Micro-UUV. (Foto: marea baja)

Figura 4. Nylon impreso en 3D estándar (300 m) y nuevo Titanio impreso en 3D (1500 m) Sección de cola de 7.5 ". (Foto: marea baja)

Figura 5: Un paquete de baterías alcalinas típico para un Micro-UUV (Foto: marea baja)

Figura 6: Un UUV compacto, personalizado y con clasificación profunda (Foto: Marea agitada)

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La tecnología Micro-UUV es flexible
En 2015, los veteranos del sector UUV convencional se propusieron cambiar la dinámica de la industria, fundando Riptide Autonomous Solutions. El primer producto de Riptide fue el micro UUV, un vehículo submarino autónomo nuevo, altamente flexible y de código abierto que proporciona una solución de vanguardia y bajo costo ideal para desarrolladores de autonomía y comportamiento, sistemas de potencia, sensores submarinos y otras nuevas cargas útiles. El micro-UUV presenta interfaces abiertas de hardware y software que brindan a los usuarios una plataforma confiable y sólida para avanzar en el desarrollo de tecnología. El diseño del vehículo está optimizado para una alta eficiencia con la mejor firma hidrodinámica en su clase. El microUUV base tiene 4 7/8 pulgadas de diámetro, 42 pulgadas de largo y pesa 23 lbs. El sistema estándar está clasificado a una profundidad de 300 metros.

El Riptide micro-UUV lanzó una línea de vehículos siguientes que incluyen el UUV de 7,5 pulgadas de diámetro, 65 libras, 1 UM portátil y el UUV de 9,375 pulgadas de diámetro, 120 libras y 2 portátiles (2 MP). La tecnología subyacente que permite este enfoque familiar, que incluye técnicas avanzadas de fabricación e ingeniería, es clave para la misión de Riptide de llevar los UUV más rápido, más adelante y más profundo.

Más profundo: fabricación avanzada
El microUUV se desarrolló utilizando múltiples técnicas de fabricación aditiva. Esto permitió una evaluación asequible y rápida de numerosas consideraciones de diseño. Esta capacidad de fabricación rápida también permitió a Riptide poner en marcha rápidamente los vehículos de producción. Este enfoque no es solo para modelos de ingeniería. Está entregando productos capaces de soportar las presiones y el entorno hostil de las operaciones UUV. El uso de técnicas modernas de diseño y fabricación también ha permitido el desarrollo y la entrega de numerosas configuraciones de microUUV de la arquitectura flexible de Riptide, como se muestra en la Figura 2.

Cuando Riptide comenzó el esfuerzo de diseño y desarrollo de su primer microUUV a mediados de 2015, cambió los materiales del casco por la flexibilidad de diseño, la facilidad de fabricación, el costo y las propiedades del material, como la relación resistencia / peso. Estableció un umbral de diseño para el microUUV de 200 metros (2-3 veces la calificación de profundidad de la competencia de vehículos pequeños más cercana en ese momento). Seleccionó fibra de carbono para el cuerpo cilíndrico en el medio del cuerpo, fabricado a partir de un molde para mástil de velero de tan alta flexibilidad en longitud. Para las narices y colas hidrodinámicas, Riptide seleccionó el nylon impreso en 3D, lo que proporciona una gran flexibilidad para la forma y la adición de puertos o características de montaje para sensores nuevos. El modelado de elementos finitos (FEM) se realizó con los factores de seguridad deseados y el conservadurismo adicional incorporado para las variaciones de materiales y fabricación. Mediante pruebas de validación y falla (que se muestran en la Figura 3, en la página 44), se determinó que el diseño inicial superaba ampliamente la calificación de profundidad umbral, que luego se aumentó a 300 metros para el vehículo estándar, manteniendo un factor de seguridad adecuado.

Riptide utilizó los últimos métodos de fabricación rápida confiando mucho en la impresión 3D o la fabricación aditiva en sus primeras entregas de producción. Riptide ha adquirido recientemente moldes de resina de inyección para todas las piezas impresas en 3D para el microUUV bajo una subvención de fabricación de Massachusetts, pero mantiene la capacidad de imprimir en 3D cualquier componente para la flexibilidad del diseño. Bajo un SBIR Fase II de DARPA, Riptide fabricó un UUV con una clasificación más profunda (7.5 "Diámetro) con un objetivo de diseño de 1.500 m. Las pruebas iniciales de sellado y las pruebas de presión de las secciones del casco se completaron con éxito y el primero de varios vehículos se está sometiendo a la primera prueba del artículo. La figura 4 muestra la sección de cola estándar frente al primer artículo de la sección de cola impresa en 3D de titanio. El volumen se redujo a los costos. Con la combinación de impresión tridimensional y moldes tradicionales, así como con diseños novedosos, Riptide cumple su promesa de llevar los UUV compactos más a fondo.

Además: Administración de energía y energía
El microUUV fue diseñado para baja logística. La configuración estándar utiliza 144 pilas alcalinas AA como un control remoto de televisión pero en mayor cantidad. Se pueden intercambiar en minutos. El uso de baterías alcalinas evita muchas de las limitaciones y restricciones con el envío, la seguridad y la certificación gubernamental de baterías de litio, al tiempo que proporciona suficiente energía para funcionar estos vehículos eficientes por un día o más, dependiendo de la velocidad operativa y la potencia de carga útil. Además de la flexibilidad en el envío, la implementación se simplifica dramáticamente con un vehículo de un tamaño tan pequeño. No es necesario depender de grandes y caros buques de superficie. Es posible realizar operaciones desde el muelle, desde botes e incluso desde paddleboards.

En total, 144 baterías AA alcalinas proporcionaron a la microUUV original aproximadamente 300 Wh que, sin carga útil, funcionando a la máxima eficiencia le da al micro UUV un rango de poco más de 100 millas náuticas en 33 horas. Esto supuso una velocidad operativa de 3.0 nudos. Con 0.5 nudos, la misma configuración del vehículo podría funcionar durante tres días.

A principios de 2018, Riptide anunció un rediseño casi total de la electrónica interna que dio como resultado un nuevo μUUV MKII. Esto ofreció una reducción de casi el 60% en la potencia de carga del hotel a 3.8 vatios desde sus tableros de primera generación. También redujo el conteo interno de cables en el vehículo en un 80%, simplificando aún más el vehículo. Este rendimiento tradicional basado en la batería es más que adecuado para muchas aplicaciones. Pero se puede mejorar. Riptide está liberando su paquete de baterías recargables de litio que duplica la capacidad de energía (y resistencia) del vehículo estándar. Además, su pila de baterías alcalinas estándar fue diseñada para acomodar múltiples químicos de baterías, incluyendo baterías de litio primario y níquel-hidruro de metal. Con células primarias de litio, el microUUV estándar puede funcionar durante más de una semana a velocidad.

A través de una asociación exclusiva con L-3-Open Water Power, el micro-UUV será pionero en el uso de baterías de agua de mar de aluminio. Esta nueva tecnología aprovecha la energía de una reacción química entre el agua de mar y las aleaciones de aluminio de alta pureza especialmente desarrolladas. El resultado es una solución de almacenamiento de energía inherentemente segura con un aumento dramático en la densidad de energía. Esta tecnología se probará en 2018 y se espera que esté disponible comercialmente en UUV Riptide en 2019.

Mediante la optimización de la electrónica y las nuevas tecnologías de energía, Riptide está tomando UUVs compactos más que nunca.

Más rápido: entrega más rápida de UUV centrados en el usuario
Los UUV más rápidos pueden sugerir vehículos de alta velocidad. Si bien esto es cierto, el microUUV puede superar los 10 nudos, una medida aún más importante es el tiempo de entrega. La arquitectura abierta y el diseño modular de los UUV Riptide aseguran que las unidades enfocadas en el cliente se puedan configurar y entregar rápidamente. El microUUV original cumplió esta promesa con docenas de configuraciones creadas en el primer año de producción.

Desde entonces, a medida que las líneas de productos se han expandido, la flexibilidad y la entrega rápida han permitido otras configuraciones distintivas.

Un ejemplo de UUV más rápido y más profundo es el vehículo profundo desarrollado para DARPA.

Estudio de caso: Acústica profunda UUV
Bajo un programa SBIR, Riptide ha modificado su UUV de 1 MP para admitir programas de investigación de telemetría acústica.

El UUV profundo tiene una capacidad de 1.500 metros de profundidad, pero solo mide 7.5 pulgadas de diámetro. Sus cargas incluyen CTD, módem acústico y una matriz de receptor acústico remolcado. Con la carga hotelera de baja potencia líder en la industria, este sistema puede ofrecer más de 48 horas de resistencia para pruebas de campo. El objetivo del vehículo es demostrar las comunicaciones subacuáticas acústicas de largo alcance y velocidad de transmisión de datos para un proyecto de misión crítica. Para lograr esto, el cliente necesitaba operar durante largos períodos en el canal de sonido profundo. Estas aguas, de alrededor de 1.000 metros de profundidad, normalmente están fuera del alcance de UUV más pequeños y asequibles. El software de código abierto de Riptide y el diseño mecánico flexible permitieron el rápido desarrollo de este UUV personalizado y garantizaron que el programa de investigación se pudiera ejecutar según lo planeado. La Figura 6 muestra este vehículo como entregado.

Estudio de caso: arquitectura abierta
Además de la versatilidad del hardware, el enfoque Riptide también permite la flexibilidad del software. Trabajando con Draper, Riptide ha acordado implementar la Autonomía de Arquitectura Abierta Marítima (MOAA) en todos los UUV de Riptide entregados al Gobierno de los EE. UU. Draper desarrolló MOAA para el gobierno de los EE. UU. Las capacidades de MOAA se han demostrado en el mar en varias clases autónomas de vehículos submarinos (AUV) con aplicación en diversas áreas de misiones submarinas. Este trabajo representa una inversión importante, millones de dólares y décadas de investigación y desarrollo.

Draper solicitó y recibió la aprobación del Centro Naval de Guerra Submarina (NUWC) para proporcionar MOAA como una opción en todos los UUV de Riptide vendidos a vehículos propuestos por el Gobierno o el Gobierno de EE. UU. Esta será una opción sin costo en todos los UUV de Riptide para clientes elegibles. La disponibilidad de MOAA en los UUV Riptide es un resultado directo de su arquitectura de software flexible y abierta. MOAA agrega un valor significativo para los clientes de UUV del gobierno y los UUV de Riptide con MOAA estarán disponibles para su entrega en el segundo trimestre de 2018.

Más rápido aún más profundo
El mercado de vehículos submarinos no tripulados está pasando por un período de rápida evolución. Los proveedores heredados han sido adquiridos por grandes primos de defensa, para soportar el aumento de programas de registro. Mientras tanto, las barreras de entrada se han reducido mediante nuevas técnicas de fabricación, electrónica de última generación y arquitecturas de software de fuente abierta. Riptide ha aprovechado todas estas tendencias para ofrecer una familia flexible de soluciones. El enfoque tecnológico ha asegurado una entrega más rápida de UUV que puede llegar más lejos, mientras bucea más profundo que nunca antes en vehículos compactos. Con casi 100 vehículos Riptide entregados hasta la fecha, el mercado ha indicado claramente que también se está moviendo más rápido.

(Según lo publicado en la edición de junio de 2018 de Marine Technology Reporter )