Конструкция ТПА – контроль плавучести балласта

Обычная рабочая процедура заключается в том, чтобы придать подводному аппарату положительную плавучесть, чтобы он мог свободно перемещаться по воде и вернуться на поверхность в случае отказа энергосистемы. Положительная плавучесть малых подводных аппаратов обычно не превышает 2,3 кг, а больших - 5-6,8 кг, а в отдельных случаях может достигать 22,7 кг. Другая причина заключается в том, что когда подводный аппарат работает близко к морскому дну, он может подниматься без использования двигательной установки, что может взбалтывать отложения на дне и устранять необходимость постоянного реверса движения. С точки зрения эксплуатации, очень большие подводные аппараты имеют балластные цистерны с продувкой воздухом для регулировки подводной плавучести.

Устойчивость подводного аппарата измеряется путем оценки момента, необходимого для изменения угла тангажа подводного аппарата, который можно выразить как:

m = (Вт) BG Sinm = момент = (Вт) (d) W = сила тяжести d = плечо момента W = погружаемый вес BG = расстояние от центра плавучести до центра тяжести = угол тангажа или угол рыскания

Очевидно, что выбранные единицы измерения должны быть последовательными: если W — в фунтах, BG — в дюймах, а m — в дюйм-фунтах. Если BG достаточно велика, что легко сделать при небольшом весе и плавучести, то подводный аппарат будет очень устойчивым. Когда аппарат находится под водой, внешние силы, действующие на аппарат, могут легко снизить его ГК. Например, при погружении подводного аппарата сила вертикального гребного винта будет действовать как дополнительный вес на подводный аппарат, поднимая центр тяжести подводного аппарата, поэтому подводный аппарат будет раскачиваться в направлениях тангажа и рыскания.

Большинство роверов спроектированы так, чтобы быть максимально устойчивыми во время фактического использования. При проектировании ROV более тяжелые компоненты (например, двигатели) обычно размещают как можно ниже и плавают (стекловолокно и композитный пенопласт) поверх подводной лодки, чтобы обеспечить высокую степень устойчивости.

Балласты можно разделить на фиксированные балласты и регулируемые балласты. Неподвижным балластом может быть синтаксическая пена, свинец. Регулируемый балласт может представлять собой открытую надувную камеру, называемую «мягкой камерой», или герметичную камеру, которую можно накачивать или продувать и которая имеет полное давление погружения, называемую «жесткой камерой».

В фиксированном балласте подводного аппарата (положительная фиксированная плавучесть) используется устойчивый к давлению резервуар плавучести, композитный пенопласт и свинец, позволяющий подводному аппарату достичь требуемого удельного веса. Большинство подводных аппаратов имеют сверху кусок синтаксического пенопласта для положительной плавучести.

Существует два разных типа синтаксической пены. Один представляет собой большое количество частиц пластика и стекла, связанных вместе, а другой — всего лишь один вид частиц. Как правило, композитные типы используются только на мелководье, а одночастичные материалы подходят для более глубокой воды. Очевидно, что чем мельче частицы, тем больше их способность выдерживать давление, поэтому с увеличением плотности пены увеличивается стоимость и, конечно же, рабочая глубина. Поэтому необходимо сбалансировать стоимость, вес и устойчивость к давлению, чтобы получить комплексную конструкцию.

Погружные аппараты, в которых для создания плавучести используется герметичный трубчатый каркас, могут быть повреждены в процессе эксплуатации. Поэтому в раме обычно имеется несколько отсеков, чтобы гарантировать, что в случае повреждения не будет потеряна большая плавучесть. Заполненный пеной каркас также сохраняет плавучесть в случае повреждения.

В зависимости от требований к глубине использование сосудов под давлением для обеспечения плавучести является хорошим вариантом, но эта технология редко используется в коммерческих ROV и обычно используется в AUV, которые используют большие сосуды под давлением в качестве основного компонента.

Фиксированная нагрузка на погружаемом аппарате обычно представляет собой несколько свинцовых грузов. Устройство можно отрегулировать, заменив эти свинцовые грузики, без необходимости замены пенопласта на погружном аппарате.

Регулировать балластную воду

Регулируемый балласт позволяет подводному аппарату захватывать объекты и маневрировать на морском дне без подруливающих устройств, толкающих его вниз, а также позволяет ROV быть достаточно тяжелым, чтобы оставаться стабильным в условиях сильного течения. Типичная система мягкого балласта должна состоять из одной или нескольких бутылей для дайвинга емкостью 3000 фунтов, регулятора снижения давления, электромагнитного клапана с поверхностным управлением и тонкостенного резервуара с большим отверстием в дне. Одним из недостатков этого мягкого балласта является то, что при изменении глубины погружения изменяется количество воздуха в резервуаре.

Нагрузку можно регулировать, заполняя или опорожняя бак плавучести. Регулировка путем введения в резервуары жесткой плавучести при сбросе веса подводного аппарата является простым и эффективным методом; вентиляция резервуара может быть осуществлена путем выдавливания воды из воздуха при открытии клапана или закачке воды.

Большинство ROV не имеют дифференциальной плавучести, но гибридные подводные аппараты часто имеют дифференциальную плавучесть, поскольку они должны иметь нейтральную плавучесть для определенных операций и должны быть достаточно тяжелыми для определенных подводных работ (например, прокладка кабелей и трубопроводов, ремонт и т. д.).