Aufbau eines hydraulischen Tauchzellensystems zur dreidimensionalen Lageänderung eines tiefseefähigen Unterwasser-Fahrzeuges

Das Projekt EurEx-SiLaNa (EurEx - Sichere Langzeitnavigation) des Deutschen Forschungszentrums für künstliche Intelligenz (DFKI) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) befasst sich mit der Erhöhung der Einsatzdauer autonomer Unterwasserfahrzeuge (engl. autonomus underwater vehicle - AUV) durch die Verbesserung der sicheren Navigation unter Wasser. Als Szenario dient die Exploration des Jupiter Eismondes Europa, unter dessen 3 bis 15 Kilometer dicken Eisschicht ein Ozean vermutet wird. Hierfür wurde im Vorgängerprojekt Europa-Explorer das Unterwasserfahrzeug Leng entwickelt, dem nun im Folgeprojekt EurEx-SiLaNa das Unterwasserfahrzeug DeepLeng als Weiterentwicklung folgen soll. Der Fokus der Weiterentwicklung liegt auf der Steigerung der Tauchtiefe sowie der Verbesserung der Zuverlässigkeit des Systems. Durch Letzteres soll eine sichere Langzeitautonomie gewährleistet werden.
Um ein statisches Tauchen des AUVs auch in größeren Tiefen zu ermöglichen, soll anstatt des in Leng verwendeten offenen Systems mit Einhub-Kolbenpumpen (engl. single-stroke piston pump) in DeepLeng ein geschlossenes System mit Hydraulikpumpe zum Einsatz kommen. Zusätzlich soll mit diesem Tauchzellensystem auch die statische Einstellung des Längsneigungswinkels des Fahrzeugs realisiert werden. Damit die Langzeitfähigkeit des Unterwasserfahrzeuges nicht beeinträchtigt wird, muss dabei der zur Beeinflussung dieser Lageparameter notwendige Energieaufwand minimiert werden.
Das Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau eines hydraulischen Tauchzellensystems auf Basis eines bestehenden Konzeptes, das gemäß den Anforderungen die Änderung der statischen Einstellung sowohl der Tauchtiefe als auch des Längsneigungswinkels des neuen Unterwasserfahrzeuges DeepLeng als Gesamteinheit ermöglicht. Diese Änderung der Lageparameter soll allein durch das Tauchzellensystem und somit ohne den Einsatz eines zusätzlichen Trimmsystems erfolgen.
Um eine präzise und gleichmäßige Einstellung von Tauchtiefe und Längsneigung zu gewährleisten, soll im Fokus dieser Arbeit der Entwurf einer geeigneten Regelung und die Optimierung dessen Performance stehen. Unter Performance wird in diesem Kontext verstanden, wie schnell der Regelkreis der Führungsgröße folgt und externe Störgrößen kompensiert werden. Hierbei soll das Schwingungsverhalten der nichtlinearen Stellglieder des Regelkreises Regler minimal sein.
DeepLeng soll in einer geplanten Tauchtiefe von bis zu 2000m in Seewasser eingesetzt werden, hierfür müssen die Komponenten gegen den dort vorherrschenden hohen Druck und als beständig gegen Meerwasser ausgelegt werden. Außerdem muss bei der Konstruktion der zur Verfügung stehende Bauraum in DeepLeng berücksichtigt werden.