การออกแบบ ROV - การควบคุมการลอยตัวของบัลลาสต์

ขั้นตอนการทำงานปกติคือการให้แรงลอยตัวเชิงบวกใต้น้ำเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระผ่านน้ำและกลับขึ้นสู่ผิวน้ำในกรณีที่ระบบไฟฟ้าขัดข้อง การลอยตัวเชิงบวกของเรือดำน้ำขนาดเล็กมักจะน้อยกว่า 2.3 กก. และการลอยตัวเชิงบวกของเรือดำน้ำขนาดใหญ่คือ 5-6.8 กก. และในบางกรณีอาจถึง 22.7 กก. อีกเหตุผลหนึ่งก็คือ เมื่อเรือดำน้ำทำงานใกล้กับพื้นทะเล มันสามารถยกขึ้นได้โดยไม่ต้องใช้แรงขับเคลื่อน ซึ่งสามารถกวนตะกอนที่ก้นทะเล และหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการถอยหลังแรงขับเคลื่อนอย่างต่อเนื่อง ในแง่ของการทำงาน เรือดำน้ำขนาดใหญ่มากมีถังบัลลาสต์แบบเป่าลมเพื่อปรับการลอยตัวใต้น้ำ

ความเสถียรของเรือดำน้ำวัดได้โดยการประเมินช่วงเวลาที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนมุมพิทช์ของเรือดำน้ำ ซึ่งสามารถแสดงเป็น:

m = (W) BG Sinm = โมเมนต์ = (W) (d) W = แรงโน้มถ่วง d = โมเมนต์แขน W = น้ำหนักใต้น้ำ BG = ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางการลอยตัวถึงจุดศูนย์แรงโน้มถ่วง = มุมพิทช์ หรือ มุมหัน

แน่นอนว่าหน่วยที่เลือกจะต้องสอดคล้องกัน ถ้า W เป็นปอนด์ BG เป็นนิ้ว และ m เป็นนิ้ว-ปอนด์ หาก BG มีขนาดใหญ่เพียงพอ ซึ่งเกิดขึ้นได้ง่ายเมื่อน้ำหนักน้อยและลอยตัวได้ เรือดำน้ำจะมีเสถียรภาพมาก เมื่อเรือดำน้ำอยู่ใต้น้ำ แรงภายนอกที่กระทำต่อเรือดำน้ำสามารถลด BG ของเรือดำน้ำได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น เมื่อผลักเรือดำน้ำเพื่อดำน้ำ แรงของใบพัดแนวตั้งจะทำหน้าที่เป็นน้ำหนักเพิ่มเติมให้กับเรือดำน้ำ ทำให้จุดศูนย์ถ่วงของเรือดำน้ำเพิ่ม ดังนั้นเรือดำน้ำจะโยกไปในทิศทางที่พิทช์และหันเห

RoV ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้มีความเสถียรมากที่สุดระหว่างการใช้งานจริง เมื่อออกแบบ ROV เป็นเรื่องปกติที่จะวางส่วนประกอบที่หนักกว่า (เช่น มอเตอร์) ให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และลอย (ไฟเบอร์กลาสและโฟมคอมโพสิต) ไว้บนเรือดำน้ำเพื่อรักษาเสถียรภาพในระดับสูง

บัลลาสต์สามารถแบ่งออกเป็นบัลลาสต์แบบคงที่และบัลลาสต์แบบปรับได้ บัลลาสต์คงที่อาจเป็นโฟมวากยสัมพันธ์และตะกั่ว บัลลาสต์แบบปรับได้อาจเป็นห้องเป่าแบบเปิดที่เรียกว่า "ห้องอ่อน" หรือห้องปิดผนึกซึ่งสามารถสูบหรือเป่าได้ และมีแรงดันในการดำน้ำเต็มที่ เรียกว่า "ห้องแข็ง"

บัลลาสต์คงที่ของเรือดำน้ำ (แรงลอยตัวคงที่เชิงบวก) ใช้ถังลอยตัวทนแรงดัน โฟมคอมโพสิต และตะกั่วเพื่อให้เรือดำน้ำเข้าถึงแรงโน้มถ่วงจำเพาะที่ต้องการได้ เรือดำน้ำส่วนใหญ่จะมีแผ่นโฟมซินแท็กติกอยู่ด้านบนเพื่อการลอยตัวที่เป็นบวก

โฟมวากยสัมพันธ์มีสองประเภทที่แตกต่างกัน อนุภาคหนึ่งคืออนุภาคพลาสติกและแก้วจำนวนมากที่เกาะติดกัน และอีกอนุภาคหนึ่งเป็นเพียงอนุภาคชนิดหนึ่ง โดยทั่วไป ประเภทคอมโพสิตจะใช้เฉพาะในน้ำตื้นเท่านั้น ในขณะที่วัสดุที่มีอนุภาคเดี่ยวเหมาะสำหรับน้ำลึก เห็นได้ชัดว่ายิ่งอนุภาคเล็กลง ความสามารถในการทนต่อแรงกดดันก็จะยิ่งมากขึ้น ดังนั้นเมื่อความหนาแน่นของโฟมเพิ่มขึ้น ต้นทุนและความลึกในการทำงานก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างต้นทุน น้ำหนัก และความต้านทานต่อแรงกดเพื่อให้ได้การออกแบบที่ครอบคลุม

เรือดำน้ำที่ใช้โครงท่อปิดผนึกเพื่อสร้างแรงลอยตัวอาจได้รับความเสียหายระหว่างการทำงาน ดังนั้นจึงมักมีหลายช่องในเฟรมเพื่อให้แน่ใจว่าแรงลอยตัวจำนวนมากจะไม่สูญหายไปในกรณีที่เกิดความเสียหาย โครงที่เติมโฟมยังช่วยรักษาแรงลอยตัวในกรณีที่เกิดความเสียหาย

การใช้ภาชนะรับความดันเพื่อให้การลอยตัวเป็นทางเลือกที่ดี ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านความลึก แต่เทคโนโลยีนี้ไม่ค่อยได้ใช้ใน ROV เชิงพาณิชย์ และมักใช้ใน AUV ซึ่งใช้ภาชนะรับความดันขนาดใหญ่เป็นส่วนประกอบหลัก

น้ำหนักคงที่บนเรือดำน้ำมักจะอยู่ในรูปของน้ำหนักตะกั่วหลายตัว สามารถปรับอุปกรณ์ได้โดยการเปลี่ยนตุ้มน้ำหนักตะกั่วเหล่านี้โดยไม่ต้องเปลี่ยนโฟมบนเรือดำน้ำ

ควบคุมน้ำอับเฉา

บัลลาสต์แบบปรับได้ช่วยให้เรือดำน้ำสามารถจับสิ่งของและเคลื่อนตัวบนพื้นทะเลได้โดยไม่ต้องมีเครื่องขับดันลง และยังช่วยให้ ROV มีน้ำหนักมากพอที่จะรักษาเสถียรภาพในสภาวะที่มีกระแสน้ำสูง ระบบบัลลาสต์แบบอ่อนทั่วไปควรประกอบด้วยขวดดำน้ำหนึ่งขวดหรือมากกว่า 3,000 ปอนด์ อุปกรณ์ควบคุมความดัน วาล์วโซลินอยด์ที่ควบคุมพื้นผิว และถังผนังบางที่มีช่องเปิดขนาดใหญ่ที่ด้านล่าง ข้อเสียประการหนึ่งของบัลลาสต์แบบอ่อนนี้คือเมื่อความลึกของใต้น้ำเปลี่ยนแปลง ปริมาณอากาศในถังก็จะเปลี่ยนไป

น้ำหนักบรรทุกสามารถปรับได้โดยการเติมหรือระบายถังลอยตัว การปรับโดยการฉีดถังลอยตัวแบบแข็งเมื่อใต้น้ำปล่อยน้ำหนักเป็นเทคนิคที่ง่ายและมีประสิทธิภาพ การระบายถังสามารถทำได้โดยการบีบน้ำออกจากอากาศเมื่อมีการเปิดวาล์วหรือสูบน้ำ

ROV ส่วนใหญ่ไม่ได้ลอยตัวแตกต่างกัน แต่เรือดำน้ำแบบไฮบริดมักจะลอยตัวต่างกัน เนื่องจากจะต้องลอยตัวเป็นกลางสำหรับปฏิบัติการบางอย่าง และต้องหนักเพียงพอสำหรับงานใต้ทะเลบางประเภท (เช่น การฝังสายเคเบิลและท่อส่งน้ำ การซ่อมแซม ฯลฯ)