摘要：在深海探测、近海养殖、海底管线巡检等领域，水下机器人（ROV/AUV）的螺旋桨是动力系统的核心部件。当出现转速下降、异常噪音或动力失效时，70% 以上的案例源于螺旋桨被海洋生物（藻类、贝类、水母）或人工废弃物（渔网、缆绳）缠绕卡滞。这种看似微小的故障，可能导致

在深海探测、近海养殖、海底管线巡检等领域，水下机器人（ROV/AUV）的螺旋桨是动力系统的核心部件。当出现转速下降、异常噪音或动力失效时，70% 以上的案例源于螺旋桨被海洋生物（藻类、贝类、水母）或人工废弃物（渔网、缆绳）缠绕卡滞。这种看似微小的故障，可能导致机器人姿态失控、能耗激增，甚至因动力中断引发失联风险。本文从应急清理到长效防护，解析 3 步标准化处理流程与防缠绕设计升级方案，帮助运维团队快速恢复设备性能并提升海洋作业可靠性。

一、卡滞根源：海洋环境中的 “温柔陷阱”

螺旋桨卡滞本质是生物附着与异物缠绕的叠加效应：

1. 生物膜快速形成：水下 24 小时内，螺旋桨表面即会滋生硅藻等单细胞生物，72 小时形成黏性生物膜，为藤壶、贻贝提供附着基础。某近海风电检测机器人作业两周后，螺旋桨导流罩表面附着生物厚度达 5mm，导致推力下降 18%。

2. 柔性异物缠绕：渔网纤维、海带叶片等进入螺旋桨旋转区域，因流体动力作用被卷入轴系，缠绕力矩超过电机最大扭矩（如额定扭矩 5N・m 的推进器，缠绕力矩达 3N・m 时转速骤降）。

3. 设计缺陷放大风险：导流罩与桨叶间隙过大（＞2mm）、轴系密封不严（导致轴承进水生锈），或桨叶表面过于光滑（生物附着率比粗糙表面高 30%），都会加速卡滞发生。

二、海洋生物清理三步骤：从应急处理到深度维护

1. 初步诊断与安全断电

回收机器人后，立即执行停机保护：

· 状态评估：观察螺旋桨旋转阻力（正常徒手转动应顺畅，阻力＞2N・m 时判定卡滞），倾听内部是否有金属摩擦声（提示轴承磨损或异物嵌入）。

· 断电与锁定：断开电池电源并取下控制模块，防止电机误启动造成二次损伤，同时用扎带固定螺旋桨叶片（避免清理时意外转动）。

案例：某水产养殖机器人因海带缠绕导致螺旋桨停转，未及时断电引发电机堵转发热，最终烧毁驱动电路板。正确的断电流程可将电机损坏风险降低 80%。

2. 分层清理技术实施

根据卡滞程度选择清理策略：

· 表面生物膜清除： 使用软质塑料刮刀（禁止金属工具，避免划伤防生物涂层）沿桨叶曲面 45° 角推进，配合 30℃温水冲洗（水温升高可增强生物膜黏性破坏），对难以清除的藤壶，可喷洒含壳聚糖酶的生物降解剂（降解效率达 90%，2 小时内软化壳体）。

· 纤维异物拆解： 佩戴放大镜，用医用止血钳夹住缠绕纤维根部，沿螺旋桨旋转反方向缓慢抽出（缠绕圈数＞3 圈时，每拆解 1 圈需向轴端移动 1cm，防止纤维断裂残留）。某港口巡检机器人曾被渔网缠绕 15 圈，通过 “分段拆解 + 润滑油润滑”，在 30 分钟内完整清除异物。

· 缝隙深度清洁： 对导流罩与桨叶间隙（推荐用 0.5mm 厚度塞尺检测，超过 1mm 需重点清理），使用高压水枪（压力 5-10MPa）从切线方向冲洗，配合超声波清洗机（频率 40kHz）震荡清除微米级生物颗粒。

3. 机械部件维护与性能恢复

清理后需对螺旋桨系统深度保养：

· 轴承润滑强化：使用耐海水润滑脂（如全氟聚醚润滑脂，滴点＞280℃），沿轴系油封边缘注入，确保润滑脂填充率达 70%（过量填充会增加转动阻力）。

· 表面涂层修复：若防生物涂层（如含氧化铜的防污漆）出现剥落（面积＞5cm²），需打磨基底后重涂，新型仿生涂层（模仿鲨鱼皮微结构）可降低 60% 的生物附着率。

· 动平衡测试：使用便携式动平衡仪（精度 ±5g・mm），对直径＞300mm 的螺旋桨进行校正，不平衡量＞10g 时需添加配重块（推荐使用钛合金配重，避免电化学腐蚀）。

三、防缠绕设计升级：从被动清理到主动防护

1. 流体动力学结构优化

通过仿生设计减少附着与缠绕：

· 导流罩流线型改造：采用 “前窄后宽” 的纺锤形导流罩（如 NACA 0015 翼型），将表面流速提升 20%，使藻类难以附着；间隙控制在 1-1.5mm（既避免异物进入，又减少水动力损失）。

· 桨叶边缘锯齿化：在螺旋桨叶梢添加仿生锯齿（角度 30°，高度 2mm），可破坏生物膜形成的流体边界层，某深海探测器应用后，藤壶附着量下降 45%。

· 轴系隐藏式设计：将传动轴嵌入导流罩内部，外露部分采用金刚石 - like 碳（DLC）涂层（表面硬度＞2000HV），降低纤维缠绕概率。

2. 主动防护技术集成

利用物理或生化手段构建防护屏障：

· 气泡幕发生装置：在螺旋桨周边布置微孔曝气器，产生直径 0.5-1mm 的气泡流（流量 5-10L/min），气泡上升时带走悬浮生物幼体，实测可减少 70% 的初期附着。

· 低频声学驱赶：安装频率 50-200Hz 的超声波发生器（如 Reson TC4033 换能器），通过特定波形干扰水母、章鱼等软体生物的运动轨迹，避免其靠近螺旋桨区域。

· 智能扭矩监测：在驱动电机中集成扭矩传感器（精度 ±1% FS），当缠绕力矩超过额定值 15% 时，螺旋桨自动反转 3 圈（转速 50rpm），配合喷水装置清除初期缠绕物（如海带须根）。

3. 材料与工艺创新

从源头提升抗缠绕能力：

· 超疏水表面处理：采用化学气相沉积（CVD）制备聚四氟乙烯（PTFE）涂层，接触角＞150°，使生物膜难以黏附，且纤维缠绕时摩擦力下降 30%。

· 易拆解快换结构：设计 “卡扣式螺旋桨”（如 BlueRobotics T100 推进器），30 秒内可完成拆卸，配合防缠绕线缆（外层编织凯夫拉纤维，断裂强度＞500N），显著提升维护效率。

四、预防性维护：构建海洋作业长效机制

1. 周期性清理计划：根据作业水域生物密度，制定差异化维护周期（如红海高生物附着区每周清理，深海冷泉区每月检查）。

2. 生物监测预警：通过水下摄像头（如 Insta360 Pro 2）实时回传螺旋桨画面，AI 图像识别系统自动检测附着等级（超过 2 级即触发清理提醒）。

3. 操作规范优化：避免在海草床、养殖网箱附近长时间悬停，作业结束后空转螺旋桨 30 秒（转速 1000rpm），利用离心力甩掉残留纤维。

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结语

水下机器人螺旋桨的卡滞问题，本质是海洋环境复杂性与设备适应性的博弈。通过 “应急清理 - 结构升级 - 主动防护” 的三维策略，不仅能快速恢复设备动力性能，更能从设计源头降低 70% 以上的卡滞风险。对于深远海作业设备，建议采用 “自清洁涂层 + 智能扭矩反馈” 的双重保障方案，配合远程运维系统实时监控螺旋桨状态。毕竟，在暗流涌动的海洋中，每一次顺畅的转动，都是人类探索深蓝的可靠动力。从被动应对到主动防御，小小的螺旋桨优化，彰显的是海洋装备从 “能用” 到 “好用” 的技术跨越。

来源：平云小匠