ROV 설계 - 밸러스트 부력 제어
일에 Fengyukun 님이 게시
ROV를 설계할 때 전체 잠수정의 무게가 예상되는 무게 제한을 초과하지 않도록 경량 구성 요소가 사용되는 경우가 많으므로 알루미늄이나 기타 경량 재료가 사용되는 경우가 많습니다. 잠수정의 무게는 주로 하위 시스템 구성 요소, 탑재량 및 필요한 작동 비중을 결정하는 데 사용되는 부력 시스템으로 구성됩니다.
정상적인 작동 절차는 잠수정에 양성 부력을 부여하여 전력 시스템 장애 시 물 속에서 자유롭게 이동하고 표면으로 돌아올 수 있도록 하는 것입니다. 소형 잠수정의 양성 부력은 일반적으로 2.3kg 미만이고, 대형 잠수정의 양성 부력은 5~6.8kg이며 경우에 따라 22.7kg에 도달할 수 있습니다. 또 다른 이유는 잠수정이 해저 근처에서 작업할 때 추진력 없이 들어올릴 수 있기 때문에 바닥의 퇴적물을 휘젓고 지속적으로 추진력을 역전시킬 필요가 없기 때문입니다. 작동 측면에서 초대형 잠수정에는 수중 부력을 조정하기 위해 공기로 불어 넣는 밸러스트 탱크가 있습니다.
잠수정의 안정성은 잠수정의 피치 각도를 변경하는 데 필요한 모멘트를 평가하여 측정되며 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
m = (W) BG Sinm = 모멘트 = (W) (d) W = 중력 d = 모멘트 암 W = 수중 중량 BG = 부력 중심에서 무게 중심까지의 거리 = 피치 각도 또는 요 각도
W가 파운드, BG가 인치, m이 인치-파운드인 경우 선택한 단위는 일관되어야 합니다. 무게가 작고 부력이 있을 때 발생하기 쉬운 BG가 충분히 크면 잠수정은 매우 안정적입니다. 잠수정이 수중에 있을 때 잠수정에 작용하는 외력으로 인해 잠수정의 BG가 쉽게 감소할 수 있습니다. 예를 들어, 잠수정을 밀어 잠수할 때 수직 프로펠러의 힘은 잠수정에 추가적인 무게로 작용하여 잠수정의 무게 중심을 높여 잠수정이 피치 및 요 방향으로 흔들리게 됩니다.
대부분의 Rov는 실제 사용 중에 최대한 안정적으로 설계되었습니다. ROV를 설계할 때 높은 수준의 안정성을 유지하기 위해 더 무거운 구성 요소(예: 모터)를 가능한 한 낮게 배치하고 잠수함 위에 플로트(유리 섬유 및 복합 폼)를 배치하는 것이 일반적입니다.
안정기는 고정식 안정기와 조정식 안정기로 나눌 수 있습니다. 고정 안정기는 구문 폼, 납일 수 있습니다. 조정 가능한 밸러스트는 "소프트 챔버"라고 불리는 개방형 블로운 챔버일 수도 있고, "하드 챔버"라고 불리는 완전한 다이빙 압력을 갖고 펌핑되거나 블로우될 수 있는 밀봉된 챔버일 수도 있습니다.
고정 밸러스트수
잠수정의 고정 밸러스트(정형 고정 부력)는 내압 부력 탱크, 복합 폼 및 납을 사용하여 잠수정이 필요한 비중에 도달할 수 있도록 합니다. 대부분의 잠수정에는 양의 부력을 위해 상단에 신택틱 폼 조각이 있습니다.신택틱 폼에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 수많은 플라스틱과 유리 입자가 서로 결합되어 있는 것이고, 다른 하나는 단지 한 종류의 입자일 뿐입니다. 일반적으로 복합재료는 얕은 물에서만 사용되는 반면, 단일 입자 재료는 깊은 물에 적합합니다. 분명히 입자가 작을수록 압력을 견디는 능력이 더 커지므로 폼의 밀도가 증가함에 따라 비용은 물론 작업 깊이도 증가합니다. 따라서 종합적인 설계를 위해서는 비용, 무게, 내압성의 균형이 필요합니다.
부력을 생성하기 위해 밀봉된 관형 프레임을 사용하는 잠수정은 작동 중에 손상될 수 있습니다. 따라서 일반적으로 프레임에는 손상 시 많은 양의 부력이 손실되지 않도록 여러 개의 구획이 있습니다. 폼으로 채워진 프레임은 손상이 발생해도 부력을 유지합니다.
수심 요구 사항에 따라 압력 용기를 사용하여 부력을 제공하는 것도 좋은 옵션이지만 이 기술은 상업용 ROV에서는 거의 사용되지 않으며 일반적으로 대형 압력 용기를 주요 구성 요소로 사용하는 AUV에 사용됩니다.
잠수정의 고정 하중은 일반적으로 여러 개의 납 추 형태입니다. 잠수정의 폼을 교체할 필요 없이 이러한 납 추를 교체하여 장치를 조정할 수 있습니다.
평형수 조절
조정 가능한 밸러스트를 사용하면 잠수정이 스러스터를 누르지 않고도 해저에서 물체를 잡고 조종할 수 있으며 ROV가 고전류 조건에서도 안정성을 유지할 수 있을 만큼 무거워질 수 있습니다. 일반적인 소프트 밸러스트 시스템은 하나 이상의 3,000파운드 다이빙 병, 감압 조절기, 표면 제어 솔레노이드 밸브 및 바닥에 큰 구멍이 있는 얇은 벽 탱크로 구성됩니다. 이 소프트 밸러스트의 한 가지 단점은 잠수정의 깊이가 변함에 따라 탱크의 공기량이 변한다는 것입니다.
부력 탱크를 채우거나 배수하여 하중을 조정할 수 있습니다. 수중 잠수정이 무게를 방출할 때 경부력 탱크를 주입하여 조정하는 것은 간단하고 효과적인 기술이며, 밸브를 열거나 물을 펌핑할 때 공기에서 물을 짜내면 탱크를 환기시킬 수 있습니다.
대부분의 ROV는 차동 부력이 없지만 하이브리드 잠수정은 특정 작업에 대해 중성 부력이 있어야 하고 특정 해저 작업(예: 케이블 및 파이프라인 매설, 수리 등)을 수행할 만큼 충분히 무거워야 하기 때문에 차등 부력이 있는 경우가 많습니다.