ROV-Design – Kontrolle des Ballastauftriebs

Beim Entwurf eines ROV werden häufig leichte Komponenten verwendet, um sicherzustellen, dass das Gewicht des gesamten Tauchboots die erwarteten Gewichtsgrenzen nicht überschreitet. Daher werden häufig Aluminium oder andere leichte Materialien verwendet. Das Gewicht eines Tauchboots besteht hauptsächlich aus Subsystemkomponenten, Nutzlast und dem Auftriebssystem, das zur Bestimmung des erforderlichen spezifischen Betriebsgewichts verwendet wird.

Der normale Betriebsablauf besteht darin, dem Tauchboot einen positiven Auftrieb zu verleihen, um sicherzustellen, dass es sich im Falle eines Stromausfalls frei durch das Wasser bewegen und an die Oberfläche zurückkehren kann. Der positive Auftrieb kleiner Tauchboote beträgt normalerweise weniger als 2,3 kg, und der positive Auftrieb großer Tauchboote beträgt 5 bis 6,8 kg und kann in einigen Fällen 22,7 kg erreichen. Ein weiterer Grund besteht darin, dass das Tauchboot, wenn es in der Nähe des Meeresbodens arbeitet, ohne Antriebskraft angehoben werden kann, wodurch die Sedimente am Boden aufgewirbelt werden und die Notwendigkeit einer ständigen Antriebsumkehr entfällt. Was den Betrieb betrifft, verfügen sehr große Tauchboote über luftgeblasene Ballasttanks, um den Auftrieb unter Wasser anzupassen.

Die Stabilität eines Tauchboots wird durch die Bewertung des Moments gemessen, das erforderlich ist, um den Steigungswinkel des Tauchboots zu ändern, was ausgedrückt werden kann als:

m = (W) BG Sinm = Moment = (W) (d) W = Schwerkraft d = Momentenarm W = Tauchgewicht BG = Abstand vom Auftriebsschwerpunkt zum Schwerpunkt = Nickwinkel oder Gierwinkel

Offensichtlich müssen die gewählten Einheiten konsistent sein; wenn W in Pfund, BG in Zoll und m in Zoll-Pfund angegeben ist. Wenn der BG groß genug ist, was leicht passieren kann, wenn das Gewicht klein und schwimmfähig ist, ist das Tauchboot sehr stabil. Wenn sich das Tauchboot unter Wasser befindet, können auf das Tauchboot einwirkende äußere Kräfte leicht den BG des Tauchboots verringern. Wenn Sie beispielsweise ein Tauchboot zum Tauchen schieben, wirkt die Kraft des vertikalen Propellers als zusätzliches Gewicht auf das Tauchboot und erhöht den Schwerpunkt des Tauchboots, sodass das Tauchboot in Nick- und Gierrichtung schaukelt.

Die meisten Rovs sind so konzipiert, dass sie während des tatsächlichen Gebrauchs so stabil wie möglich sind. Beim Entwurf eines ROV ist es üblich, schwerere Komponenten (z. B. Motoren) so tief wie möglich zu platzieren und Schwimmkörper (Glasfaser und Verbundschaum) oben auf dem U-Boot zu platzieren, um ein hohes Maß an Stabilität zu gewährleisten.

Vorschaltgeräte können in feste Vorschaltgeräte und verstellbare Vorschaltgeräte unterteilt werden. Fester Ballast kann syntaktischer Schaum oder Blei sein. Einstellbarer Ballast kann eine offene, geblasene Kammer sein, die „weiche Kammer“ genannt wird, oder eine versiegelte Kammer, die gepumpt oder geblasen werden kann und den vollen Tauchdruck hat, die sogenannte „harte Kammer“.

festes Ballastwasser

Der feste Ballast des Tauchboots (positiver fester Auftrieb) besteht aus einem druckbeständigen Auftriebstank, Verbundschaum und Blei, damit das Tauchboot das erforderliche spezifische Gewicht erreichen kann. Die meisten Tauchboote haben auf der Oberseite ein Stück syntaktischen Schaumstoff, der für einen positiven Auftrieb sorgt.

Es gibt zwei verschiedene Arten von syntaktischem Schaum. Bei dem einen handelt es sich um eine große Anzahl miteinander verbundener Kunststoff- und Glaspartikel, beim anderen handelt es sich nur um eine Partikelart. Im Allgemeinen werden Verbundwerkstoffe nur in flachem Wasser verwendet, während Einzelpartikelmaterialien für tieferes Wasser geeignet sind. Je kleiner die Partikel sind, desto größer ist natürlich ihre Druckfestigkeit. Mit zunehmender Dichte des Schaums steigen auch die Kosten und natürlich auch die Arbeitstiefe. Daher ist es notwendig, Kosten, Gewicht und Druckfestigkeit abzuwägen, um ein umfassendes Design zu erhalten.

Tauchboote, die zur Erzeugung des Auftriebs einen abgedichteten Rohrrahmen verwenden, können während des Betriebs beschädigt werden. Daher sind im Rahmen meist mehrere Fächer vorhanden, um sicherzustellen, dass im Schadensfall nicht viel Auftrieb verloren geht. Der mit Schaumstoff gefüllte Rahmen behält auch im Schadensfall den Auftrieb.

Abhängig von den Tiefenanforderungen ist die Verwendung von Druckbehältern zur Bereitstellung des Auftriebs eine gute Option, diese Technologie wird jedoch in kommerziellen ROVs selten verwendet und wird normalerweise in AUVs verwendet, die große Druckbehälter als Hauptkomponente verwenden.

Die feste Belastung des Tauchbootes besteht in der Regel aus mehreren Bleigewichten. Durch den Austausch dieser Bleigewichte kann das Gerät angepasst werden, ohne dass der Schaumstoff am Tauchboot ausgetauscht werden muss.

Ballastwasser regulieren

Durch den einstellbaren Ballast kann das Tauchboot Objekte greifen und auf dem Meeresboden manövrieren, ohne dass Triebwerke es nach unten drücken. Außerdem ist das ROV schwer genug, um bei starker Strömung stabil zu bleiben. Ein typisches Weichballastsystem sollte aus einer oder mehreren 3.000-Pfund-Tauchflaschen, einem Druckminderer, einem oberflächengesteuerten Magnetventil und einem dünnwandigen Tank mit einer großen Öffnung im Boden bestehen. Ein Nachteil dieses weichen Ballasts besteht darin, dass sich mit der Tiefe des Tauchboots auch die Luftmenge im Tank ändert.

Die Belastung kann durch Befüllen oder Entleeren des Auftriebstanks angepasst werden. Die Anpassung durch Einspritzen von hartem Auftrieb in Tanks, wenn das Unterwassertauchboot Gewicht freisetzt, ist eine einfache und effektive Technik; die Entlüftung des Tanks kann dadurch erreicht werden, dass Wasser aus der Luft herausgedrückt wird, wenn ein Ventil geöffnet oder Wasser gepumpt wird.

Die meisten ROVs haben keinen unterschiedlichen Auftrieb, aber Hybrid-Tauchboote haben oft einen unterschiedlichen Auftrieb, da sie für bestimmte Einsätze einen neutralen Auftrieb haben und schwer genug für bestimmte Unterwasserarbeiten sein müssen (z. B. Kabel- und Rohrleitungsverlegung, Reparaturen usw.).