ОБЛАДАЮЩАЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ПЛАВУЧЕСТЬЮ РАМА ПОДВОДНОГО ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМОГО АППАРАТА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
FRAME OF UNDERWATER REMOTELY OPERATED UNIT WITH POSITIVE BUOYANCY AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Область техники
Описана конструкция корпуса подводного телеуправляемого аппарата (ПТА), в котором несколько рамных элементов, выполненных с использованием термоотверждаемого материала, образуют раму, причем эти рамные элементы сформированы на каркасе из материала с положительной плавучестью. Описан также способ изготовления такого корпуса.
Уровень техники
При построении подводного телеуправляемого аппарата (ПТА), который должен функционировать на больших глубинах, составляющих несколько тысяч метров, крайне важно обеспечить прочность, достаточную, чтобы выдержать очень большое давление воды, которому будет подвергаться подводное судно (т.е. ПТА). Одновременно судно должно обладать достаточной плавучестью, а его рама (выполняющая функции корпуса или его основы) должна быть пригодна для размещения оборудования, которым требуется оснастить подводное судно.
Известно использование, для создания положительной плавучести, средств в виде одного или более блоков, выполненных из подходящего, т.е. обладающего высокой плавучестью, материала, закрепляемых на раме ПТА, например, поверх нее. Известно также использование в раме заполненных газом секций, например, при выполнении рамы, по меньшей мере частично, из труб, снабженных заглушками. Недостаток подобных заполненных газом секций состоит в том, что они плохо выдерживают предельно высокие давления, которым должен подвергаться ПТА на глубинах, являющихся актуальными в настоящее время. В связи с этим, предпринимались попытки заполнять трубы, входящие в состав рамы, материалами, обладающими высокой плавучестью и достаточной прочностью на сжатие. Известно, в частности, заполнение подобных труб жидким материалом, который после отверждения обладает приемлемым удельным весом и достаточной плотностью на сжатие. Примерами таких материалов являются легкий бетон и расширяющиеся пластики. Однако оказалось, что при интересующих условиях такие материалы не обладают необходимыми свойствами. Среди других причин, это объясняется тем, что в замкнутых объемах расширение, отверждение и другие процессы не протекают таким же образом, как в условиях, когда эти материалы могут вентилироваться с  отводом от них влаги, растворителей и т.д.
Раскрытие изобретения
Изобретение имеет своей целью устранение или ослабление по меньшей мере одного из недостатков, свойственного уровню техники, или по меньшей мере создание полезной альтернативы известным решениям.
Данная цель достигнута использованием признаков, раскрытых в описании и в прилагаемой формуле изобретения.
3
3
3
Согласно изобретению создана рама для телеуправляемого аппарата, выполненная как шпренгельная система, корпус или подобная конструкция, образованная цилиндрическими элементами или элементами в форме блоков, содержащими материал с удельным весом, обеспечивающим требуемую плавучесть ПТА и обладающим достаточной прочностью на сжатие, чтобы выдерживать давление соответствующего водяного столба (далее этот материал именуется основным материалом). Размеры рамы могут быть выбраны, например, в расчете на высоту водяного столба, составляющую по меньшей мере 3000 м. Разумеется, если рама будет предназначена для функционирования в условиях другого максимального давления, может быть выбран материал с другими, соответствующими свойствами. Основной материал предпочтительно является полимерным пеноматериалом, например на основе матрицы из эпоксидной смолы с закрытыми порами, образованными стеклянными микросферами. Плотность основного материала предпочтительно находится в интервале 60-710 кг/м, более предпочтительно в интервале 350-600 кг/м, еще более предпочтительно в интервале 450-550 кг/м, а его прочность на сжатие - предпочтительно в интервале 20-80 МПа, более предпочтительно в интервале 35-45 МПа. Элементы в форме цилиндров или блоков находятся внутри оболочки, предпочтительно изготовленной из упрочненной пластиковой композиции, в типичном случае представляющей собой многослойный, непроницаемый для текучей среды пластик, упрочненный стекловолокном.
Каркас рамы образуется каркасными элементами из основного материала, соединенными с получением конструкции, профиль которой соответствует требуемому профилю рамы. В число этих элементов могут входить, например, опорные элементы, наклонные и вертикальные стойки. Каркасные элементы соединяются друг с другом, например, посредством адгезивов. В зоны, требующие усиления, например в места пересечения, соответствующие уменьшенным поперечным сечениям, или в места закрепления, анкерным методом, полезной нагрузки, могут быть интегрированы усиливающие элементы из соответствующего материала, например, упрочненного посредством углеродных волокон или стали. Затем весь каркас, имеющий профиль требуемой рамы и образованный каркасными элементами, покрывают оболочкой из термоотверждаемого материала, в типичном случае из термоотверждаемой пластиковой композиции, усиленной слоями упрочняющей фибергласовой ткани, т.е. ткани на основе известных пластиков, упрочненных стекловолокном, или их эквивалентов. В процессе формирования данной оболочки формируются также держатели или опоры для компонентов, которые должны быть установлены на готовую раму, например защитные кронштейны, площадки и т.д.
Таким образом, в своем первом аспекте изобретение относится к раме для телеуправляемого аппарата, рамные элементы которой сформированы на каркасе из материала с положительной плавучестью. Рама характеризуется тем, что рамные элементы содержат термоотверждаемый материал, нанесенный на поверхности каркаса и образующий вокруг него плотную, твердую оболочку.
Каркас может содержать каркасные элементы, выполненные из блочного полимерного пеноматериала. Более конкретно, блочным материалом может служить матрица из эпоксидной смолы с закрытыми порами, образованными стеклянными микросферами. Материалам данного типа можно легко придать требуемую форму, причем они обладают подходящими физическими свойствами.
3
3
3
Плотность материала каркасных элементов может находиться в интервале 60-710 кг/м, предпочтительно в интервале 350-600 кг/м, более предпочтительно в интервале 450-550 кг/м, а его прочность на сжатие - в интервале 20-80 МПа, предпочтительно в интервале 35-45 МПа. Обладая такими свойствами, данный материал будет способен выдерживать, при умеренной толщине оболочки, высокое давление воды, имеющее место на больших глубинах.
Каркас может содержать каркасные элементы, соединенные друг с другом с использованием средств, выбранных из группы, состоящей из адгезивов и крепежных элементов в форме стержней и/или пластин. Такое выполнение обеспечивает возможность рациональной и быстрой сборки каркаса.
Каркас может содержать также один или более усиливающих элементов, изготовленных из материала, отличного от материала каркасных элементов. Благодаря такому выполнению в корпусе могут быть сформированы участки с меньшим поперечным сечением и другие конструктивные элементы для оптимальной фиксации компонентов, которые должны быть установлены на нем.
Термоотверждаемый материал может представлять собой упрочненную пластиковую композицию. Эта термоотверждаемая композиция может содержать, например, несколько слоев фибергласовой ткани. Подобные материалы являются весьма эффективными в качестве усиливающих элементов, обеспечивают экономию веса и не требуют специального ухода за ними.
В своем втором аспекте изобретение относится к способу изготовления рамы для телеуправляемого аппарата, в которой несколько рамных элементов сформированы на каркасе из материала с положительной плавучестью. Способ по изобретению характеризуется тем, что включает следующие операции:
- изготовление каркасных элементов из материала с положительной плавучестью;
- изготовление каркаса путем соединения каркасных элементов друг с другом;
- нанесение на поверхность каркаса термоотверждаемого материала и
- формирование интегрированных в термоотверждаемый материал крепежных узлов для установки компонентов ПТА.
Способ может дополнительно включать:
- формирование одной или более секций рамы путем присоединения соответствующих каркасных элементов друг к другу и нанесения термоотверждаемого материала по меньшей мере на часть поверхности каркаса;
- присоединение к секциям рамы остальных каркасных элементов;
- нанесение термоотверждаемого материала на не имеющие покрытия поверхности каркасных элементов и
- формирование, посредством термоотверждаемого материала, соединений между секциями рамы и примыкающими к ним рамными элементами. Таким образом, отдельные части рамы и сборочные приспособления могут быть изготовлены заранее, причем секции рамы, в процессе их временного хранения, будут занимать ограниченный объем.
Каркас может содержать каркасные элементы, выполненные из блочного полимерного пеноматериала. В частности, этот блочный материал может быть выполнен на основе матрицы из эпоксидной смолы с закрытыми порами, образованными стеклянными микросферами.
3
3
3
Плотность материала каркасных элементов может быть выбрана в интервале 60-710 кг/м, предпочтительно в интервале 350-600 кг/м, более предпочтительно в интервале 450-550 кг/м, а его плотность на сжатие - в интервале 20-80 МПа, предпочтительно в интервале 35-45 МПа.
При этом каркас можно изготовить из каркасных элементов, которые соединяют друг с другом с использованием средств, выбранных из группы, состоящей из адгезивов и крепежных элементов в форме стержней и/или пластин.
Кроме того, каркас может быть упрочнен посредством одного или более усиливающих элементов, изготовленных из материала, отличного от материала, использованного при изготовлении каркасных элементов.
В свою очередь, термоотверждаемый материал может быть упрочнен посредством пластиковой композиции, которая содержит несколько слоев фибергласовой ткани.
Краткое описание чертежей
Далее, в качестве примера, будет описан предпочтительный вариант изобретения, проиллюстрированный прилагаемыми чертежами.
На фиг.1 представлен, в перспективном изображении, каркас для рамы, выполненный в виде шпренгельной конструкции.
На фиг.2 в увеличенном масштабе показана секция собранного каркаса.
На фиг.3 в масштабе, использованном на фиг.1, представлена готовая рама, в которой на каркас нанесена упрочняющая пластиковая композиция.
На фиг.4 показана, в большом масштабе, в сечении, часть рамного элемента.
Осуществление изобретения
На фиг.3 представлена рама 1, содержащая несколько рамных элементов 12, снабженных узлами 13 для установки оборудования и имеющих объем, обеспечивающий достижение необходимой плавучести и грузоподъемности, а также требуемую жесткость, наличие поверхностей для закрепления оборудования и другие необходимые параметры. На раме и внутри нее размещены компоненты (не изображены), обычно входящие в состав телеуправляемого аппарата (ПТА).
3
На фиг.1 показан каркас 11, изготовленный из каркасных элементов 111, форма и размеры которых выбраны в соответствии с формой рамы 1. Каркасные элементы 111 изготовлены из блочного материала с заполненными порами, имеющего заданные плотность и прочность на сжатие, например из материала SF300∗, поставляемого фирмой BMTI (Франция). Этот материал выбирается исходя из максимальных глубин, на которые рассчитан ПТА. Упомянутый в качестве примера материал имеет удельную плотность 450-550 кг/м, а его предел прочности на сжатие составляет 35-45 МПа. До их соединения между собой каркасные элементы 111 подвергаются механической обработке для того, чтобы обеспечить их соответствие параметрам рамы 1 и возможность взаимной состыковки. Каркасные элементы 111 предпочтительно жестко прикрепляются друг к другу (см. фиг.2) посредством подходящего адгезива 16, возможно, в сочетании с крепежными элементами 17 в форме стержней или пластин, которые закрепляются на каркасных элементах 111 анкерным методом или встраиваются в них. Так, где это необходимо, например, в тех местах каркасных элементов, поперечное сечение в которых требуется уменьшить в связи с размещением на раме 1 необходимых компонентов (не изображены), установлены усиливающие (упрочняющие) элементы 112, которые крепятся анкерным методом к каркасу 11 и/или к рамным элементам 12, охватывающим части каркаса 11.
Рамные элементы 12 образованы с использованием оболочки 12а, сформированной вокруг каркаса 11 (см. фиг.4) и представляющей собой пластиковую композицию 121, усиленную подходящим для этого материалом 122, например фибергласовой тканью одного или более типов, накладываемой на поверхности каркаса 11. В зонах перехода между различными рамными элементами 12 предусмотрены соединительные участки 14, выполненные из тех же материалов 121, 122 и введенные известным образом в рамные элементы 12 на достаточную глубину. Рамные элементы 12 и соединительные участки 14 плотно прилегают к каркасу 11.
Рамные элементы 12 и соединительные участки 14 совместно образуют несущую конструкцию рамы 1, тогда как каркас 11 заполняет, по существу, все полости в раме 1, формируя обладающую высокой прочностью на сжатие структуру для всех рамных элементов 12.
Части рамного элемента 12 могут представлять собой заранее сформованные гильзы (не изображены), являющиеся взаимодополнительными по отношению к каркасным элементам 111, которые они должны охватывать. Несколько гильз могут быть объединены в единую деталь с помощью упомянутых пластиковых композиций 121, 122, которые могут быть скомбинированы с упрочняющими пластиковыми композициями 121, 122, наносимыми непосредственно на поверхности каркасных элементов 111.
Узлы 13 для установки оборудования интегрированы в раму с помощью соответствующих крепежных деталей, изготовленных, например, из металла, закрепленных анкерным методом в упрочняющих пластиковых композициях 121, 122 и частично окруженных пластиковыми композициями 121, 122, которые могут продолжаться также на каркасные элементы 111 с целью достижения желательной стабильности.
Готовая рама 1 образует оболочку, плотно охватывающую каркас 11, который, со своей стороны, образует достаточно надежную опору для всех частей рамы 1 и предотвращает разрушение рамы 1 под воздействием огромных давлений воды. В то же время, обеспечивается достаточное пространство для установки компонентов ПТА в местах, в которых традиционно устанавливались компоненты, обеспечивающие плавучесть, тогда как согласно изобретению функции таких компонентов выполняет сама рама 1.
Изобретение охватывает также способ изготовления одной или более секций 1а, 1b рамы путем взаимного соединения соответствующих каркасных элементов 111, по меньшей мере, с покрыванием их пластиковой композицией 121, 122, чтобы присоединить образующуюся (образующиеся) секцию (секции) 1а, 1b рамы к остальным каркасным элементам 111 с последующим нанесением пластиковой композиции 121, 122 на непокрытые части каркаса 11 при существенном взаимном наложении этой композиции с покрытием, уже нанесенным на секции 1а, 1b рамы.