Conception du ROV - contrôle de la flottabilité des ballasts

Lors de la conception d'un ROV, des composants légers sont souvent utilisés pour éviter que l'ensemble du submersible ne dépasse la limite de poids requise, ce qui implique l'utilisation d'aluminium ou d'autres matériaux légers. Le poids du submersible se compose principalement des éléments suivants : les composants du sous-système, les charges et le système de flottabilité utilisé pour établir la gravité spécifique de fonctionnement requise.

La procédure normale d'exploitation consiste à donner au submersible une flottabilité positive afin qu'il puisse se déplacer librement dans l'eau et remonter à la surface en cas de défaillance du système électrique. Cette flottabilité positive est généralement inférieure à 2,3 kg pour les petits submersibles et de 5 à 6,8 kg pour les submersibles plus grands, jusqu'à 22,7 kg dans certains cas. Une autre raison est que lorsque le submersible travaille près du fond, il peut être soulevé sans puissance de propulsion, remuant ainsi les sédiments du fond et évitant la nécessité d'une propulsion inverse constante. Les submersibles opérationnels et de très grande taille sont équipés d'un réservoir de lest d'air soufflé pour réguler la flottabilité sous l'eau.

La stabilité d'un submersible est mesurée en évaluant le moment nécessaire pour modifier l'angle de tangage du submersible et peut être exprimée par l'équation suivante :

m = (W) BG Sinm = Moment = (w)(d) w = Gravité d = Bras de force W = Poids du submersible BG = Distance entre le centre de flottabilité et le centre de gravité = Angle de tangage ou d'oscillation latérale

Il est évident que les unités choisies doivent correspondre ; si W est en livres, BG est en pouces et m est en pouces-livres. Si le BG est suffisamment grand (ce qui est facilement le cas lorsque le poids est petit et flottant), le submersible sera très stable. Les forces extérieures qui s'exercent sur le véhicule lorsqu'il est immergé peuvent facilement abaisser le BG. Par exemple, lorsqu'on pousse le véhicule vers le bas, les forces du propulseur vertical agissent comme un poids supplémentaire sur le véhicule et élèvent le centre de gravité, de sorte que le véhicule oscille à la fois dans le sens du tangage et dans le sens de l'oscillation latérale.

La plupart des ROV sont conçus pour être aussi stables que possible pendant leur utilisation. Lors de la conception d'un ROV, il est courant de placer les composants les plus lourds (par exemple les moteurs) le plus bas possible et de placer les flotteurs (en fibre de verre et en mousse composite) sur le dessus du sous-marin afin de maintenir un haut degré de stabilité.

Les ballasts peuvent être classés comme fixes ou réglables. Les ballasts fixes peuvent être en mousse composite ou en plomb. Les ballasts réglables peuvent être des chambres ouvertes et soufflées appelées "chambres molles" ou des chambres scellées qui peuvent être pompées ou soufflées et sont entièrement submersibles, appelées "chambres dures".

Lest fixe

Le lest fixe (flottabilité positive fixe) pour les submersibles est utilisé pour amener le submersible à la gravité spécifique souhaitée au moyen d'un réservoir à flotteur résistant à la pression, de mousse composite et de plomb. La plupart des submersibles sont équipés d'un morceau de mousse composite placé sur le dessus pour assurer une flottabilité positive.

Il existe deux types de mousse composite. L'une est constituée d'un grand nombre de particules de plastique et de verre collées ensemble, tandis que l'autre ne comporte qu'un seul type de particules. En général, la mousse composite n'est utilisée que dans les eaux peu profondes, tandis que le matériau à une seule particule est réservé aux eaux plus profondes. Il est évident que plus les particules sont petites, plus la capacité à résister à la pression est grande. Par conséquent, plus la densité de la mousse augmente, plus le coût et, bien sûr, la profondeur de travail augmentent. Il est donc nécessaire de trouver un équilibre entre le coût, le poids et la résistance à la pression pour obtenir une conception complète.

Les submersibles flottants construits à l'aide de cadres tubulaires étanches peuvent être endommagés en cours de fonctionnement. C'est pourquoi le cadre comporte généralement plusieurs compartiments afin d'éviter toute perte importante de flottabilité en cas d'avarie. Le remplissage en mousse du cadre maintient également la flottabilité en cas d'endommagement.

En fonction des exigences de profondeur, l'utilisation d'un réservoir sous pression pour assurer la flottabilité est une très bonne option, mais cette technique est rarement utilisée dans les ROV commerciaux et est généralement utilisée dans les AUV avec de grands réservoirs sous pression comme composant principal.

Les charges fixes sur les submersibles prennent généralement la forme de blocs de plomb multiples. En remplaçant ces blocs de plomb, l'unité peut être ajustée sans avoir à remplacer la mousse du submersible.

Ballasts réglables

Le ballast réglable permet au submersible de saisir des objets et de manœuvrer sur le fond marin sans avoir besoin de propulseurs pour le pousser vers le bas, et permet également au ROV d'être suffisamment lourd pour rester stable dans des conditions de courant élevé. Un système de lestage souple typique se compose d'une ou plusieurs bouteilles de plongée de 3 000 livres, de régulateurs de décompression, d'électrovannes de contrôle de surface et de réservoirs à parois minces dotés de grandes ouvertures dans le fond. L'inconvénient de ce lestage souple est que le volume d'air dans les réservoirs varie en fonction de la profondeur du submersible.

La charge peut être régulée en remplissant ou en vidant le réservoir de flottabilité. L'ajustement par injection d'un réservoir de flottabilité dure est une technique simple et efficace lorsqu'une lourde charge est libérée d'un submersible immergé ; la purge du réservoir peut être réalisée en expulsant l'eau de l'air lorsque les vannes sont ouvertes ou lorsque de l'eau est pompée.

La plupart des ROV n'ont pas de flottabilité différentielle, mais les submersibles hybrides en ont généralement une car ils doivent être à flottabilité neutre pour certaines opérations et doivent être suffisamment lourds pour certains travaux sous-marins (par exemple l'enfouissement de câbles et de pipelines, la maintenance, etc.)