ROV设计之压载浮力控制

HuiRov 2022年5月18日14:52:36
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当设计ROV时,通常情况下我们会使用轻重量的部件来保持整个潜器不超过预期的重量限值,因此会使用铝或其他轻的材质。潜器的重量主要由以下组成构成:

  • 子系统部件
  • 负载
  • 用于建立期望的操作比重的浮力系统

通常的操作过程是让潜器具备正浮力以确保他在水中任意行动,当电源系统出现故障时可以返回水面。这个正浮力对于小型潜器来说通常会小于2.3kg,对于更大的潜器来说会在5-6.8kg,在某些情况下,正浮力可以达到22.7kg. 另一个原因是当潜器靠近底部工作时,可以不通过推进器的动力来使其上升,因为这样会把底部的沉积物搅拌起来,同时也可以避免推进器持续的逆转运行,而非常大的潜器具备吹气压载舱可以调节水下浮力。

衡量一个潜器的稳定性是通过评估改变潜器俯仰角所需的力矩来判断,可由下面的方程式来体现:

m = (W) BG Sin
m = 力矩 = (w)(d)
w = 重力  d = 力矩臂
W = 潜器重量
BG = 浮力中心点到重心点的距离
= 俯仰角, 或者横摇角

显然,选择的单位必须一致,如果W的单位是磅,BG的单位是英寸,m的单位则是英寸-磅。如果BG足够大,这个情况很容易出现在重量小浮力大的时候,潜器将非常稳定。当潜器在水下时作用在潜器上的外部力会很容易减小BG。比如:当推进潜器下沉时垂直推进器的力将作为增加在潜器上的重量并将重心提高,因此潜器会在俯仰和横摇方向动摇。

大多数ROV设计时都会使其在实际使用时尽量的稳定。当设计ROV时,通常情况下将比较重的组成部件比如电机放在尽量低的位置和将浮体(玻璃纤维和复合泡沫塑料)放在潜器的上端来保持高度的稳定。

ROV设计之压载浮力控制

压载器可分为固定压载器和可调压载器。固定压载器可能为复合泡沫塑料,铅。可调压载器可能为开放的,吹气的舱体,称为‘软舱’或者可抽气或吹气的密封舱且能获取完全的潜水压力称为‘硬舱’。

固定压载器

潜器的固定压载器(正的固定浮力)通过可承受压力的浮体箱,复合泡沫塑料和铅来使潜器达到期望的比重。大多数潜器将复合泡沫塑料块放在顶部来获得正浮力。

有两种不同类型的复合泡沫塑料。一种为大量的塑料和玻璃微粒黏合的,另一种是仅有一种微粒。总的来说复合型的材料仅用于浅水,单一微粒材料适用于更深的水。很明显的微粒越小他能承受压力的能力越强,因此随着泡沫密度的增加,成本也随之增加,当然工作的深度也会增加。所以需要平衡成本,重量和耐压情况来综合设计。

使用密封管式框架构建来获得浮力的潜器在操作时可能会被损坏。因此通常情况下在框架里要设定多端隔室,以确保发生损坏时不会失去大量的浮力。在框架里填充上泡沫也同样可以在遇到损坏时维持浮力。

根据深度要求不同,使用压力容器来提供浮力是非常不错的选择,但这项技术很少用于商业ROV。通常情况下使用在AUV上,因为AUV的主要构成就有一个大型的压力容器。

潜器上的固定负载通常情况下以几个铅块的形式存在。可以不通过改变潜器上的泡沫而更换这些铅块来调整设备。

可调压载器

可调压载器可使潜器在海底抓取物体和操作时不需要推进器往下推进,同样可使ROV在高水流状况下足够重以保持稳定。一个典型的软压载器系统应该包括:1个或多个3000磅的潜水瓶,1个减压调节器,1个表面控制电磁阀,和1个在底部有很大开口的壁很薄的罐子。这个软压载器有个缺点是当潜器的深度改变时罐子里的空气体积也会改变。

通过注入或排放浮力舱可实现负载可调。当一个重量从水下的潜器上释放时通过注入硬浮力舱来调节是一个简单有效的技术;当阀门打开或抽水时可通过空气将水挤压出来从而完成浮力舱的排放。

大多数ROV都不会有不同的浮力,但混合型潜器通常具有不同的浮力,因为这些潜器必须在某些操作中具备中性浮力,在一些海床上的作业又必须足够重(比如:线缆和管线掩埋,维修等。)

下期我们将介绍ROV设计之脐带缆,近期期待。

ROV设计之压载浮力控制

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