Не менее важны они и для диагностики подводных объектов. Газопроводы, портовые сооружения, мостовые переходы и кабели связи пролегают вдоль береговой линии и требуют постоянного контроля. Часто необитаемые аппараты становятся единственным решением для таких задач, поскольку могут работать подо льдом, при сильном загрязнении или течении, то есть там, где работа водолаза невозможна или опасна.

В основном такие конструкции компактные и рассчитаны на глубину до 50–300 метров, то есть отлично подходят для прибрежных зон. Но именно малые габариты создают главную проблему: внутри них нельзя разместить мощные двигатели и эффективные системы стабилизации. В результате они получаются неустойчивыми — их сносит даже слабым течением, и для удержания положения требуется постоянная ручная корректировка.

Это сказывается и на времени автономной работы. Небольшие конструкции функционируют всего 30–40 минут, а за такой срок они физически не успевают выполнить большой объем задач. Если за отведенное время устройству не удается найти повреждение или провести полную съемку участка, приходится повторять погружение. В итоге на обследование одного объекта может уходить несколько дней, а стоимость работ оказывается крайне высокой.

Проблема в том, что попытки инженеров увеличить продолжительность погружения или улучшить устойчивость приводят к сильному усложнению и утяжелению конструкции, а значит, она перестает быть удобной и компактной, что мешает использовать ее в стесненных водных условиях. Сегодня в мире этот технологический тупик остается нерешенным: не существует серийных моделей, которые были бы одновременно легкими, эффективными и недорогими.

Ученые Пермского Политеха предложили новую конструкцию малогабаритного подводного аппарата. В отличие от существующих решений, он способен работать автономно не менее часа. При этом его вес и стоимость будут примерно в 2–3 раза ниже за счет использования 3D-печати вместо литья металлом. Устройство рассчитано на глубину до 100 метров и подходит для исследования прибрежных территорий.

Чтобы сделать аппарат более функциональным, исследователи отказались от классической цилиндрической формы корпуса, которая используется в большинстве подобных устройств, в пользу более обтекаемой. Такое решение снижает сопротивление воды и позволяет двигаться эффективнее.

Также вместо обычного винта исследователи внедрили водомёт. Он работает так: вода засасывается внутрь и с силой выбрасывается назад через наконечник, который можно направлять в разные стороны. Благодаря этому аппарат может плыть не только прямо, но и мгновенно менять курс. Но главное, что водомёт создает меньше сопротивления и позволяет экономить заряд аккумулятора, увеличивая время автономной работы.

— В дополнение к новой конструкции мы разработали умную систему управления. Если устройство начинает наклоняться вперед, назад или в сторону, система возвращает его в ровное положение. Это поможет аппарату устойчиво держаться на глубине и не сбиваться с курса даже при сильном течении, — рассказал Павел Кулешов, доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ, кандидат технических наук.

Чтобы протестировать решение, исследователи построили трёхмерную модель и провели виртуальные испытания в условиях, максимально приближенных к реальным: течение и гидродинамические нагрузки, характерные для прибрежной зоны. Они также взяли для расчетов глубину вплоть до 100 метров. Такую величину выбрали с запасом, чтобы проверить, сохраняет ли конструкция устойчивость к разрушению корпуса и управляемость при более сильном давлении.

Расчеты подтвердили, что аппарат устойчив при движении, а обтекаемая форма обеспечивает низкое сопротивление и равномерное распределение нагрузки, что предотвращает деформацию и потерю герметичности.

— Вес готового аппарата по предварительным оценкам будет всего 10 килограммов — для сравнения, масса большинства существующих аналогов достигает 30–50. При этом время автономной работы составит почти час, что также превосходит показатели других компактных моделей. Такой результат будет возможен в том числе благодаря применению 3D-печати из полимера. Обычно корпуса подводных аппаратов делают из стали или титановых сплавов, чтобы они выдерживали давление, однако современные композитные материалы по прочности сопоставимы с металлами, но при этом значительно легче. Это позволит снизить стоимость устройства примерно в 2–3 раза без потери надежности, — отметил Павел Кулешов.

Новая конструкция в будущем сможет применяться для широкого круга задач: инспекции подводных трубопроводов, портовых сооружений, картографии дна или экологического мониторинга. Следующий этап — проведение физических испытаний в водоемах. Это позволит проверить работу всех систем в реальных условиях и улучшить конструкцию перед запуском в серийное производство.