Design ROV: controllo dell'assetto della zavorra

La normale procedura operativa consiste nel fornire al sommergibile una galleggiabilità positiva per garantire che possa muoversi liberamente nell'acqua e tornare in superficie in caso di guasto del sistema di alimentazione. La galleggiabilità positiva dei piccoli sommergibili è solitamente inferiore a 2,3 kg, mentre la galleggiabilità positiva dei grandi sommergibili è di 5-6,8 kg e in alcuni casi può raggiungere i 22,7 kg. Un altro motivo è che quando il sommergibile lavora vicino al fondale marino, può sollevarsi senza energia di propulsione, il che può sollevare i sedimenti sul fondo ed evitare la necessità di invertire costantemente la propulsione. In termini di funzionamento, i sommergibili molto grandi sono dotati di serbatoi di zavorra ad aria compressa per regolare la galleggiabilità subacquea.

La stabilità di un sommergibile si misura valutando il momento necessario per modificare l'angolo di beccheggio del sommergibile, che può essere espresso come:

m = (W) BG Sinm = momento = (W) (d) W = gravità d = braccio del momento W = peso sommergibile BG = distanza dal centro di galleggiamento al centro di gravità = angolo di beccheggio o angolo di imbardata

Ovviamente, le unità scelte devono essere coerenti; se W è in libbre, BG è in pollici e m è in pollici-libbre. Se il BG è abbastanza grande, cosa facile che accade quando il peso è piccolo e galleggiante, il sommergibile sarà molto stabile. Quando il sommergibile è sott'acqua, le forze esterne che agiscono sul sommergibile possono facilmente ridurne la BG. Ad esempio, quando si spinge un sommergibile per immergersi, la forza dell'elica verticale agirà come peso aggiuntivo sul sommergibile, alzando il baricentro del sommergibile, in modo che il sommergibile oscilli nelle direzioni di beccheggio e imbardata.

La maggior parte dei rov sono progettati per essere il più stabili possibile durante l'uso effettivo. Quando si progetta un ROV, è normale posizionare i componenti più pesanti (come i motori) il più in basso possibile e i galleggianti (fibra di vetro e schiuma composita) sopra il sottomarino per mantenere un elevato grado di stabilità.

I reattori possono essere suddivisi in reattori fissi e reattori regolabili. La zavorra fissa può essere schiuma sintattica, piombo. La zavorra regolabile può essere una camera aperta, soffiata, chiamata "camera morbida", o una camera sigillata, che può essere pompata o soffiata, e ha una pressione di immersione completa, chiamata "camera dura".

La zavorra fissa del sommergibile (galleggiabilità fissa positiva) utilizza un serbatoio di galleggiamento resistente alla pressione, schiuma composita e piombo per consentire al sommergibile di raggiungere il peso specifico richiesto. La maggior parte dei sommergibili ha un pezzo di schiuma sintattica sulla parte superiore per una galleggiabilità positiva.

Esistono due diversi tipi di schiuma sintattica. Uno è un gran numero di particelle di plastica e vetro legate insieme, mentre l'altro è solo un tipo di particella. Generalmente, i tipi compositi vengono utilizzati solo in acque poco profonde, mentre i materiali a particella singola sono adatti per acque più profonde. Ovviamente, più piccole sono le particelle, maggiore è la loro capacità di resistere alla pressione, quindi all'aumentare della densità della schiuma, aumenta anche il costo e, ovviamente, la profondità di lavoro. Pertanto, è necessario bilanciare costi, peso e resistenza alla pressione per ottenere un progetto completo.

I sommergibili che utilizzano un telaio tubolare sigillato per creare galleggiabilità potrebbero essere danneggiati durante il funzionamento. Pertanto, di solito ci sono più scomparti nel telaio per garantire che una grande quantità di galleggiabilità non vada persa in caso di danni. Il telaio imbottito in schiuma mantiene la galleggiabilità anche in caso di danni.

A seconda dei requisiti di profondità, l’uso di recipienti a pressione per fornire galleggiabilità è una buona opzione, ma questa tecnologia è usata raramente nei ROV commerciali e viene solitamente utilizzata negli AUV, che utilizzano grandi recipienti a pressione come componente principale.

Il carico fisso sul sommergibile è solitamente sotto forma di diversi pesi di piombo. Il dispositivo può essere regolato sostituendo questi pesi di piombo senza dover sostituire la schiuma sul sommergibile.

Regolare l'acqua di zavorra

La zavorra regolabile consente al sommergibile di afferrare oggetti e manovrare sul fondo del mare senza che i propulsori lo spingano verso il basso, e consente inoltre al ROV di essere abbastanza pesante da rimanere stabile in condizioni di corrente elevata. Un tipico sistema di zavorra morbida dovrebbe consistere in una o più bombole da immersione da 3.000 libbre, un regolatore di riduzione della pressione, un'elettrovalvola controllata in superficie e un serbatoio a pareti sottili con una grande apertura sul fondo. Uno svantaggio di questa zavorra morbida è che al variare della profondità del sommergibile, cambia la quantità di aria nel serbatoio.

Il carico può essere regolato riempiendo o svuotando il serbatoio di galleggiamento. La regolazione mediante iniezione di serbatoi con galleggiabilità dura quando il sommergibile subacqueo rilascia peso è una tecnica semplice ed efficace; lo sfiato del serbatoio può essere ottenuto spremendo l'acqua dall'aria quando viene aperta una valvola o viene pompata l'acqua.

La maggior parte dei ROV non hanno una galleggiabilità differenziale, ma i sommergibili ibridi sono spesso una galleggiabilità differenziale perché devono avere una galleggiabilità neutra per determinate operazioni e devono essere sufficientemente pesanti per determinati lavori sottomarini (ad esempio interramento di cavi e condutture, riparazioni, ecc.).