((картинка из проспекта ROV Planet))


Обеспечение плавучести ROV/AUV
 
Классический способ обеспечения плавучести ROV – это компенсация отрицательной плавучести его компонентов, таких как рама, корпуса высокого давления, моторов, сенсоров и т.п. за счет использования материалов с положительной плавучестью.

Как правило, с их помощью аппарат делают или с близким к нейтральному состоянию плавучести, или с положительным (чтобы он мог самостоятельно всплыть в случае аварии, и чтобы можно было подвсплывать около дна без использования движителей, без взмучивания осадков) – такие аппараты обычно погружаются за счет использования их движителей. Есть и балластные способы, но я их оставлю за кадром.  
 
Для обеспечения плавучести используют различные материалы плавучести. В этой сфере царит разнообразие, но в целом – это все жесткие и легкие материалы, как правило, выбираемые по параметру рабочих глубин.

Например, полиуретан, поливинил, полиизоцианурат – эти сравнительно недорогие материалы подходят до малых и средних глубин (300-350 м). Их защищают от воды и истирания тем или иным покрытием. Материал подбирают под рабочие глубины.

Например, пенополиуретан (PU foam) обычно применяют для глубин около 200 м, тогда как качественный поливинил (ПВХ) в виде пены (например, Divinycell HCP от Diab можно применять на глубинах до 500 м. Полизоцианурат чаще используют для теплоизоляции или в совсем небольших плавсредствах.
 
Для конструирования более глубоководных аппаратов применяют так называемую синтактическую пену – это микросферы в полимерной матрице, например, в эпоксидной смоле. От такого материала стараются добиться однородности распределения микросфер. 
Изготавливают синтаксическую пену (или композитные пенопластовые системы) с использованием пресс-форм, что позволяет наладить повторяемое, стабильное, серийное производство.
 
Синтактическая пена годами сохраняет плотность и может обеспечивать плавучесть на больших глубинах. Иногда в ее составе используют керамические или стеклянные сферы диаметром в несколько сантиметров, например, 9 см. Такие сферы могут выдерживать давление глубин вплоть до 11 тысяч метров, но есть риск синхронного разрушения (имплозии). Сейчас в типовом сценарии пена с микросферами (или комбинацией сфер разного диаметра), это типовой выбор всех, кто работает с глубинами больше 600 м. Синтаксическую пену также принято защищать – чтобы она не повреждалась при случайных ударах, например, слоем полиуретана.
 
LDF (от low density foam – пена низкого давления) только с микросферами (без макросфер) считается оптимальным выбором, поскольку она наиболее прочная, проще поддается ремонту и модификации и обладает низкой скоростью проникновения в нее воды. Считается продуктом премиум-класса, поэтому как правило ее используют только для экстремально больших глубин. Обычно LDF поставляют как предварительно отлитые блоки, с которыми заказчик либо работает самостоятельно, либо изготовитель их собирает в модули плавучести для последующей поставки заказчику. Из них делают поплавки роботов (элемент 3 на рисунке выше). 

 

Особенно хорошие материалы – те, у которых плавучесть не снижается с глубиной из-за гидростатического сжатия. Это достигается, например, если сжимаемость пены под гидростатическим давлением немного меньше, чем у морской воды.
 
В табличке приведены данные о типичной плотности LDF на примере материалов, которые изготавливает британская компания Balmoral, balmoraloffshore.com 
 
Я не знаю, выпускают ли в России синтактическую пену для обеспечения плавучести подводных роботов. Но нашел упоминание, что экспериментируют с синтактическими материалами с полыми микроскопическими керамическими шариками, алюмосиликатными микросферами, помещенными в алюминиевую матрицу - этим занимается ООО НПП Металл-Композит. Можно ли применять этот материал для обеспечения плавучести подводных роботов? Может быть есть российские компании, которые выпускают синтактическую пену для глубоководных роботов? Или и этот материал закупается в Китае? 

Обеспечение плавучести кабеля ROV в месте крепления
 
Кроме обеспечения плавучести ROV и AUV, зачастую требуется делать то же самое и с линиями управления ROV рабочего класса и, тем более, столь тяжелых машин как траншеекопатели, которые предназначены для работы на дне.
 
Чтобы предотвратить повреждение кабелей, компания Balmoral предлагает линейку решений Flexlink (элемент 2 на рисунке). Эти защитные приспособления устанавливают близко к точке крепления кабеля к ROV или тренчеру, это обеспечивает подвижный участок кабеля положительной плавучестью, что гарантирует, что кабель не окажется в рабочей зоне робота.
 
Изделия Flexlink рассчитаны на прохождение через шкивы систем спуска и подъема (LARS). В линейке есть решения для установки на кабели диаметром от 25 до 75 мм, можно выбирать вариант плавучести. Типичные значения силы подъема находятся в диапазоне 6 – 12 кг/м, что позволяет использовать этот материал для рабочих глубин от 0 до 6000 м.   

Элементы для обеспечения плавучести кабеля ROV (поплавки)

Кабель, который передает на ROV питание и управляющие команды с поверхности, по которому на поверхность идет поток данных от сенсоров и других важных узлов робота, также может требовать мер по обеспечению его плавучести. 

 

Изображение - плавучесть кабеля, компании Balmoral Comtec

 
Компания BOE предлагает для этого поплавки, подходящие для большинства типоразмеров кабелей подводных аппаратов. Эти поплавки состоят из пары симметричных полуоболочек, профилированных так, чтобы кабель мог сгибаться не более, чем в пределах разрешенного радиуса изгиба. Каждый такой поплавок изготовлен из композитного пенополиуретана низкой плотности, покрытого высокопрочным ударопрочным и износостойким полиэтиленовым корпусом. Поплавки шарнирно соединяются двумя защелками из нержавеющей стали. Внутренняя втулка, фиксирующая поплавок на кабеле, выполнена из натуральной резины.
 
Поплавки Balmoral предназначены для кабелей диаметром от 25 до 50 мм. При необходимости компания может поставить поплавки для кабелей большего диаметра. На рисунке это элементы 1. 

Примерное представление о соотношении глубин, веса на воздухе и подъемной силы поплавков дает табличка.

 

 
Конечно, чтобы производить такие изделия, нужно располагать не только производством, но и лабораторией, которая позволяет вести разнообразные испытания, прежде всего, гидростатические в диапазоне до 700 бар, а также механические испытания: на нагрузку, осевое, боковое, статическое, 3-точечное, сжатие, сдвиг, падение груза, изгиб и т.п. Комплекс испытаний включает также химические (например, на устойчивость к дизтопливу и гидравлическим жидкостям) и термические испытания в контролируемой научной среде.
 
Как правило производители такой продукции (недешевой!) производят также ремонт и восстановление элементов плавучести.

((по материалам Ocean Robotics Planet))
 

Участники рынка материалов систем плавучести 

 

--