تصميم ROV - التحكم في طفو الصابورة

عند تصميم مركبة ROV، غالبًا ما يتم استخدام مكونات خفيفة الوزن للتأكد من أن وزن الغواصة بأكملها لا يتجاوز حدود الوزن المتوقعة، لذلك غالبًا ما يتم استخدام الألومنيوم أو مواد أخرى خفيفة الوزن. يتكون وزن الغواصة بشكل أساسي من مكونات النظام الفرعي والحمولة ونظام الطفو المستخدم لتحديد الثقل النوعي المطلوب للتشغيل.

إجراء التشغيل العادي هو إعطاء الطفو الإيجابي الغاطس لضمان قدرته على التحرك بحرية عبر الماء والعودة إلى السطح في حالة تعطل نظام الطاقة. عادة ما يكون الطفو الإيجابي للغواصات الصغيرة أقل من 2.3 كجم، والطفو الإيجابي للغواصات الكبيرة هو 5-6.8 كجم، وفي بعض الحالات يمكن أن يصل إلى 22.7 كجم. والسبب الآخر هو أنه عندما تعمل الغواصة بالقرب من قاع البحر، يمكنها الرفع دون قوة دفع، مما يؤدي إلى إثارة الرواسب في القاع وتجنب الحاجة إلى عكس الدفع باستمرار. من حيث التشغيل، تحتوي الغواصات الكبيرة جدًا على خزانات صابورة منفوخة بالهواء لضبط الطفو تحت الماء.

يتم قياس استقرار الغاطسة من خلال تقييم اللحظة اللازمة لتغيير زاوية ميل الغاطسة، والتي يمكن التعبير عنها على النحو التالي:

m = (W) BG Sinm = العزم = (W) (d) W = الجاذبية d = ذراع العزم W = الوزن الغاطس BG = المسافة من مركز الطفو إلى مركز الجاذبية = زاوية الميل أو زاوية الانعراج

من الواضح أن الوحدات المختارة يجب أن تكون متسقة؛ إذا كان W بالجنيه، فإن BG بالبوصة، وm بالبوصة-رطل. إذا كان BG كبيرًا بدرجة كافية، وهو أمر يسهل حدوثه عندما يكون الوزن صغيرًا وقابلاً للطفو، فستكون الغاطسة مستقرة جدًا. عندما تكون الغاطسة تحت الماء، يمكن للقوى الخارجية المؤثرة على الغاطسة أن تقلل بسهولة نسبة الغلوكوز في الدم في الغاطسة. على سبيل المثال، عند دفع غاطسة للغوص، ستعمل قوة المروحة العمودية كوزن إضافي على الغاطسة، مما يؤدي إلى رفع مركز ثقل الغاطسة، وبالتالي ستهتز الغاطسة في اتجاهي الميل والانعراج.

تم تصميم معظم المركبات الجوالة لتكون مستقرة قدر الإمكان أثناء الاستخدام الفعلي. عند تصميم مركبة ROV، من الشائع وضع مكونات أثقل (مثل المحركات) عند مستوى منخفض قدر الإمكان وعوامات (الألياف الزجاجية والرغوة المركبة) فوق الغواصة للحفاظ على درجة عالية من الاستقرار.

يمكن تقسيم كوابح إلى كوابح ثابتة وكوابح قابلة للتعديل. يمكن أن تكون الصابورة الثابتة عبارة عن رغوة نحوية أو رصاص. يمكن أن تكون الصابورة القابلة للتعديل عبارة عن حجرة مفتوحة منفوخة، تسمى "الغرفة الناعمة"، أو غرفة مغلقة، يمكن ضخها أو نفخها، ولها ضغط غطس كامل، تسمى "الغرفة الصلبة".

مياه الصابورة الثابتة

تستخدم الصابورة الثابتة للغواصة (الطفو الثابت الإيجابي) خزان طفو مقاوم للضغط، ورغوة مركبة ورصاص لتمكين الغاطسة من الوصول إلى الجاذبية النوعية المطلوبة. تحتوي معظم الغواصات على قطعة من الرغوة النحوية في الأعلى من أجل الطفو الإيجابي.

هناك نوعان مختلفان من الرغوة النحوية. أحدهما عبارة عن عدد كبير من جزيئات البلاستيك والزجاج المرتبطة معًا، والآخر عبارة عن نوع واحد فقط من الجسيمات. وبشكل عام، تُستخدم الأنواع المركبة فقط في المياه الضحلة، في حين أن المواد ذات الجسيمات الواحدة مناسبة للمياه العميقة. من الواضح أنه كلما كانت الجزيئات أصغر، زادت قدرتها على تحمل الضغط، وكلما زادت كثافة الرغوة، زادت التكلفة وبالطبع عمق العمل. لذلك، من الضروري الموازنة بين التكلفة والوزن ومقاومة الضغط للحصول على تصميم شامل.

قد تتعرض الغواصات التي تستخدم إطارًا أنبوبيًا محكم الغلق لخلق القدرة على الطفو للتلف أثناء التشغيل. لذلك، عادة ما يكون هناك حجرات متعددة في الإطار لضمان عدم فقدان قدر كبير من الطفو في حالة حدوث ضرر. يحافظ الإطار المملوء بالرغوة أيضًا على الطفو في حالة حدوث ضرر.

اعتمادًا على متطلبات العمق، يعد استخدام أوعية الضغط لتوفير الطفو خيارًا جيدًا، ولكن نادرًا ما تستخدم هذه التقنية في مركبات ROVs التجارية وعادةً ما تستخدم في مركبات AUV، التي تستخدم أوعية ضغط كبيرة كمكون رئيسي.

عادة ما يكون الحمل الثابت على الغاطسة على شكل عدة أوزان من الرصاص. يمكن تعديل الجهاز عن طريق استبدال أوزان الرصاص هذه دون الحاجة إلى استبدال الرغوة الموجودة على الغاطس.

تنظيم مياه الصابورة

تسمح الصابورة القابلة للتعديل للغواصة بإمساك الأشياء والمناورة في قاع البحر دون دفعها إلى الأسفل، كما تسمح للمركبة ROV بأن تكون ثقيلة بما يكفي لتظل مستقرة في ظروف التيار العالي. يجب أن يتكون نظام الصابورة الناعمة النموذجي من زجاجة غوص واحدة أو أكثر يبلغ وزنها 3000 رطل، ومنظم خفض الضغط، وصمام ملف لولبي يتم التحكم فيه بالسطح، وخزان ذو جدار رقيق مع فتحة كبيرة في الأسفل. أحد عيوب هذا الصابورة الناعمة هو أنه مع تغير عمق الغاطسة، تتغير كمية الهواء في الخزان.

يمكن تعديل الحمولة عن طريق ملء أو تصريف خزان الطفو. يعد التعديل عن طريق حقن خزانات الطفو الصلبة عندما تطلق الغواصة تحت الماء الوزن تقنية بسيطة وفعالة؛ يمكن تحقيق تنفيس الخزان عن طريق عصر الماء من الهواء عند فتح الصمام أو ضخ الماء.

معظم مركبات ROV ليست قابلة للطفو بشكل تفاضلي، لكن الغواصات الهجينة غالبًا ما تكون قابلة للطفو بشكل تفاضلي لأنها يجب أن تكون قابلة للطفو بشكل محايد لعمليات معينة ويجب أن تكون ثقيلة بما يكفي لبعض المهام تحت سطح البحر (مثل دفن الكابلات وخطوط الأنابيب والإصلاحات وما إلى ذلك).