Атмосферный гидрокостюм

редактировать
Шарнирно-устойчивый антропоморфный корпус для подводного дайвера Атмосферный гидрокостюм Newtsuit имеет полностью шарнирные поворотные соединения в руках и ногах. Они обеспечивают большую мобильность, но при этом в значительной степени не подвержены воздействию высокого давления.

Атмосферный водолазный костюм (ADS ) представляет собой небольшой шарнирный антропоморфный подводный, который напоминает доспех с тщательно продуманными герметичными соединениями, обеспечивающими сочленение при сохранении внутреннего давления в одну атмосферу. ADS может использоваться для очень глубоких погружений на глубину до 2300 футов (700 м) в течение многих часов и устраняет большинство серьезных физиологических опасностей, связанных с глубоким погружением; пассажиру не требуется декомпрессия, нет необходимости в специальных газовых смесях, нет опасности декомпрессионной болезни или азотного наркоза. Дайверам даже не нужно быть опытными пловцами, но недостатком является ограниченная ловкость.

Атмосферные водолазные костюмы, используемые в настоящее время, включают Newtsuit, Hardsuit и WASP, все из которых являются автономными жесткими костюмами, включающими двигательные установки. Костюм изготовлен из литого алюминия (кованого алюминия в версии, созданной для ВМС США для спасения подводных лодок); верхняя часть корпуса сделана из литого алюминия, а нижний купол - из обработанного алюминия. Корпус WASP выполнен из стеклопластика (GRP).

Содержание

  • 1 Назначение и требования
    • 1.1 Конструктивные ограничения
    • 1.2 Опасности и виды отказов
  • 2 История
    • 2.1 Ранние разработки
    • 2.2 Современный костюм
      • 2.2.1 Peress 'Tritonia
      • 2.2.2 Костюм JIM
  • 3 Текущие костюмы
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки
  • 6 Дополнительная литература
  • 7 Внешние ссылки

Цель и требования

подводная среда оказывает на дайвера основные физиологические нагрузки, которые усиливаются с глубиной и, по-видимому, накладывают абсолютный предел глубины погружения при атмосферном давлении. Атмосферный водолазный костюм - это небольшой подводный аппарат с прочным корпусом, который вмещает одного человека с внутренним давлением около одной атмосферы. Наличие полых пространств для рук с устойчивыми к давлению шарниров для переноски манипуляторов с ручным управлением и, как правило, отдельных пространств для ног, аналогичным образом сочлененных для передвижения, делает костюм похожим на громоздкий костюм из пластинчатой ​​брони или экзоскелета., с тщательно продуманными уплотнениями для суставов, обеспечивающими сочленение при сохранении внутреннего давления.

Атмосферный водолазный костюм - это снаряжение, предназначенное, в первую очередь, для изоляции человека, находящегося под давлением окружающей среды под водой, и для обеспечения любой необходимой жизнеобеспечения во время использования костюма. При использовании костюма дайвер будет рассчитывать на полезную работу и добираться до места, где должна выполняться работа, и обратно. Эти функции требуют достаточной мобильности, ловкости и сенсорного ввода для выполнения работы, и это будет варьироваться в зависимости от деталей работы. Следовательно, возможная работа в атмосферном костюме ограничена конструкцией костюма.

Подвижностью на поверхности и на палубе можно управлять с помощью систем запуска и восстановления. Подводная мобильность обычно требует нейтральной или умеренно отрицательной плавучести, а также способности ходить или плавать или использовать тонко регулируемых подруливающих устройств. И шагающая, и подруливающая двигатели применялись с некоторым успехом. Плавание оказалось неэффективным.

Способность выполнять полезную работу ограничена подвижностью и геометрией суставов, инерцией и трением, и это была одна из наиболее сложных инженерных задач. Тактильное восприятие с помощью манипуляторов является основным ограничением для более точного управления, поскольку трение суставов и уплотнений значительно снижает доступную чувствительность.

Визуальный ввод оператора относительно легко обеспечить напрямую, используя прозрачные окна просмотра. Широкое поле зрения может быть достигнуто просто и конструктивно эффективно, используя прозрачный частичный купол над головой дайвера. Увеличенный вид манипуляторов ограничен гибкостью суставов и геометрией рук костюма. Внешний звук и восприятие температуры сильно ослаблены, и через костюм нет ощущения прикосновения. Связь должна быть обеспечена технологией, поскольку обычно поблизости никого нет.

Конструктивные ограничения

Основными факторами окружающей среды, влияющими на конструкцию, являются гидростатическое давление окружающей среды на максимальной рабочей глубине, а также соображения эргономики, касающиеся потенциального круга операторов. Конструкция и механика костюма должны надежно выдерживать внешнее давление, не сжимаясь или не деформируясь в достаточной степени, чтобы вызвать утечку уплотнений или чрезмерное трение в соединениях, а полный диапазон движения не должен изменять внутренний или внешний смещенный объем.

  • давление окружающей среды, устойчивость конструкции, геометрия постоянного объема, плавучесть, изоляция, масса, объем.
  • соображения эргономики - сила пользователя, действующие силы на суставы, поле зрения, общие подводные условия

Опасности и виды отказов

  • конструкции: утечки, взрыв, блокировка соединений, потеря плавучести.
  • отказы систем: потеря мощности, связи, силовой установки,
    • жизнеобеспечение: воздух для дыхания, контроль температуры

История

Ранние образцы

Водолазный костюм Джона Летбриджа, первый закрытый водолазный костюм, построенный в 1710-х годах.

В 1715 году британский изобретатель Джон Летбридж сконструировал «водолазный костюм». По сути, это деревянный бочонок длиной около 6 футов (1,8 м) с двумя отверстиями для рук водолаза, запечатанными кожаными манжетами, и 4-дюймовым (100 мм) окном из толстого стекла. Сообщается, что он использовался для погружения на глубину до 60 футов (18 м) и использовался для спасения значительного количества серебра с обломков корабля East Indiaman Vansittart, затонувший в 1719 году у островов Кабо-Верде.

Первый бронированный костюм с настоящими суставами, выполненный в виде кожаных частей с кольцами в форме пружины (также известный как шарнирные соединения), был разработан англичанином У. Х. Тейлором в 1838 году. Руки и ноги ныряльщика были обтянуты кожей. Тейлор также разработал балластный танк, прикрепленный к костюму, который можно было заполнить водой для достижения отрицательной плавучести. Хотя он был запатентован, костюм так и не был произведен. Считается, что его вес и размер сделали бы его почти неподвижным под водой.

Лоднер Д. Филлипс разработал первый полностью закрытый ADS в 1856 году. Его конструкция включала бочкообразную верхнюю часть туловища с куполообразными концами и мяч суставы суставов суставов рук и ног. Руки имели суставы в плечах и локтях, а ноги в коленях и бедрах. Костюм включал в себя балластную цистерну, смотровое окно, вход через крышку люка сверху, пропеллер с ручным приводом и примитивные манипуляторы на концах стрел. Воздух должен был подаваться с поверхности по шлангу. Однако нет никаких указаний на то, что костюм Филлипса когда-либо был сконструирован.

ADS, построенный братьями Карманьоль в 1882 году, был первым антропоморфным проектом.

Первый собственно антропоморфный дизайн ADS, созданный братьями Карманьоль из Марсель, Франция, в 1882 г. характеризовались вращающимися свернутыми соединениями, состоящими из частичных секций концентрических сфер, образованных для плотного прилегания и сохраняемых водонепроницаемой тканью. У костюма было 22 таких сустава: по четыре на каждой ноге, шесть на руке и два на теле костюма. Шлем имел 25 отдельных 2-дюймовых (50 мм) стеклянных смотровых окон, расположенных на среднем расстоянии от человеческого глаза. При весе 830 фунтов (380 кг) Carmagnole ADS никогда не работал должным образом, а его соединения никогда не были полностью водонепроницаемыми. В настоящее время он выставлен в Французском национальном военно-морском музее в Париже.

Другой дизайн был запатентован в 1894 году изобретателями Джоном Бьюкененом и Александром Гордоном из Мельбурна, Австралия. В основе конструкции лежал каркас из спиральных проволок, покрытых водонепроницаемым материалом. Дизайн был улучшен Александром Гордоном, прикрепив костюм к шлему и другим частям и включив шарнирные радиальные стержни в конечности. В результате получился гибкий костюм, способный выдерживать высокое давление. Костюм был изготовлен британской фирмой Siebe Gorman и испытан в Шотландии в 1898 году.

ВМС США 1913 ADS 1913 ADS ВМС США в музее «Человек в море», Панама-Сити, Флорида, с омаром когти Крупным планом - двухкулачковый захват и запястный сустав по наклону и рысканью на бронированном водолазном костюме ВМС США 1913 года

Американский дизайнер МакДаффи сконструировал первый костюм, в котором для обеспечения движения суставов использовались шариковые подшипники; он был испытан в Нью-Йорке на глубине 214 футов (65 м), но не имел большого успеха. Год спустя Гарри Л. Боудоин из Байонна, Нью-Джерси создал улучшенный ADS с маслонаполненными вращающимися соединениями. В стыках используется небольшой канал, ведущий внутрь стыка, чтобы обеспечить выравнивание давления. Костюм был разработан таким образом, чтобы иметь по четыре сустава на каждой руке и ноге и по одному суставу на каждом большом пальце, всего восемнадцать. Четыре смотровых окна и лампа на груди предназначались для облегчения подводного обзора. К сожалению, нет никаких доказательств того, что костюм Боудина когда-либо был построен или что он работал бы, если бы был.

Атмосферные водолазные костюмы, построенные немецкой фирмой Neufeldt и Kuhnke, использовались во время сбора золотых и серебряных слитков из обломки британского корабля SS Egypt, 8000-тонного лайнера PO, затонувшего в мае 1922 года. Костюм был передан в обязанности наблюдательной камеры на глубине крушения 170 метров ( 560 футов) и успешно использовался для прямого механического захвата, открывавшего хранилище слитков. В 1917 году Бенджамин Ф. Ливитт из Траверс-Сити, штат Мичиган, совершил погружение на SS Pewabic, который затонул на глубине 182 футов (55 м) в озере Гурон <168.>В 1865 году добыто 350 тонн медной руды. В 1923 году он отправился на спасение обломков британской шхуны «Мыс Горн», лежавшей на глубине 220 футов (67 м) у берега Пичиданги, Чили, спасая медь на сумму 600 000 долларов. Костюм Ливитта был его собственной конструкции и конструкции. Самым новаторским аспектом костюма Ливитта было то, что он был полностью автономным и не нуждался в шлангокабеле, поскольку дыхательная смесь подавалась из резервуара, установленного на задней части костюма. Дыхательный аппарат, включающий скруббер и кислородный регулятор, мог работать до одного часа.

В 1924 году Reichsmarine проверили второе поколение костюма Нойфельдта и Кунке на высоте 530 футов ( 160 м), но движение конечностей было очень затруднительным, и суставы были признаны небезопасными безотказными, в том смысле, что в случае их выхода из строя существовала вероятность нарушения целостности костюма. Однако эти скафандры использовались немцами в качестве водолазов в броне во время Второй мировой войны, а после войны их забрали западные союзники.

В 1952 году Альфред А. Микалоу сконструировал ADS, в котором использовались шаровые и шарнирные соединения, специально для поиска и утилизации затонувших сокровищ. Сообщается, что костюм был способен погружаться на глубину до 1000 футов (300 м) и успешно использовался для погружения на затонувшее судно SS City of Rio de Janeiro на глубине 328 футов (100 м) на глубине около Форт-Пойнт, Сан-Франциско. В скафандре Микалова были различные сменные инструменты, которые можно было закрепить на концах рук вместо обычных манипуляторов. Он нес семь баллонов высокого давления объемом 90 кубических футов для обеспечения дыхания и контроля плавучести. Балластный отсек прикрывал газовые баллоны. Для связи в костюме использовались гидрофоны.

Современный костюм

Peress 'Tritonia

Два дайвера, один в ADS «Tritonia», а другой в стандартной водолазной одежде, готовясь исследовать затонувший корабль. RMS Lusitania, 1935.

Хотя в викторианскую эпоху были разработаны различные атмосферные костюмы, ни один из этих костюмов не смог преодолеть основную конструктивную проблему построения соединение, которое останется гибким и водонепроницаемым на глубине без заедания под давлением.

Британский инженер-новатор по подводному плаванию, Джозеф Салим Перес, в 1932 году изобрел первый действительно пригодный для использования атмосферный водолазный костюм, Tritonia, а затем участвовал в создании знаменитого костюма JIM.. Обладая прирожденным талантом к инженерному проектированию, он поставил перед собой задачу создать ADS, который будет держать дайверов в сухом состоянии при атмосферном давлении даже на большой глубине. В 1918 году Перес начал работать в WG Tarrant в Байфлит, Соединенное Королевство, где ему были предоставлены пространство и инструменты для развития его идей по созданию ADS. Его первой попыткой был чрезвычайно сложный прототип, изготовленный из твердой нержавеющей стали.

. В 1923 году Переса попросили разработать костюм для спасательных работ на затонувшем SS Egypt, затонувшем в Английский канал. Он отказался на том основании, что его прототип костюма был слишком тяжелым для дайвера, но его воодушевила просьба начать работу над новым костюмом из более легких материалов. К 1929 году он считал, что решил проблему веса, используя литой магний вместо стали, а также сумел улучшить конструкцию шарниров костюма, используя масляную подушку для плавного движения поверхностей. Нефть, которая была практически несжимаемой и легко вытесняемой, позволяла суставам конечностей свободно перемещаться на глубине 200 саженей (1200 футов; 370 м), где давление составляло 520 фунтов на квадратный дюйм (35 атм). Перес утверждал, что костюм Tritonia может функционировать на высоте 1 200 футов (370 м), хотя это никогда не было доказано.

В 1930 году Перес показал костюм Tritonia. К маю он завершил испытания и был публично продемонстрирован на танке в Байфлит. В сентябре помощник Переса Джим Джаррет нырнул в костюме на глубину 123 м (404 фута) в Лох-Нессе. Костюм работал отлично, суставы оказались устойчивыми к давлению и свободно двигались даже на глубине. Костюм был предложен Королевскому флоту, который отклонил его, заявив, что водолазам ВМФ никогда не требуется спускаться ниже 90 м (300 футов). В октябре 1935 года Джаррет совершил успешное глубокое погружение на глубину более 90 м (300 футов) на затонувшем судне RMS Lusitania у южной Ирландии, за которым последовало более мелкое погружение на глубину до 60 метров (200 футов) в Ла-Манш в 1937 году, после чего, из-за отсутствия интереса, иск Tritonia был снят с рассмотрения.

Развитие костюмов атмосферного давления застопорилось в 1940-1960-х годах, поскольку усилия были сосредоточены на решении проблем глубокого погружения путем решения физиологических проблем погружений с давлением окружающей среды вместо того, чтобы избегать их, изолировав дайвера от воды. давление. Хотя достижения в области дайвинга при атмосферном давлении (в частности, с аквалангом ) были значительными, ограничения возродили интерес к разработке ADS в конце 1960-х.

Костюм JIM

Иск Tritonia провел около 30 лет на складе инженерной компании в Глазго, где он был обнаружен с помощью Переса двумя партнерами по британской фирме Underwater Marine Equipment, Майком Хамфри и Майк Борроу, середина 1960-х. Позже UMEL классифицировал костюм Переса как «A.D.S Type I», систему обозначений, которая будет продолжена компанией для более поздних моделей. В 1969 году Переса попросили стать консультантом новой компании, созданной для разработки костюма JIM, названного в честь водолаза Джима Джаррета.

A Костюм JIM выставлен в Музее подводных лодок Королевского флота, Госпорт

Первый костюм JIM был завершен в ноябре 1971 года и прошел испытания на борту HMS Reclaim в начале 1972 года. В 1976 году костюм JIM установил рекорд по длине. рабочее погружение на глубину менее 490 футов (150 м) продолжительностью пять часов 59 минут на глубину 905 футов (276 м). Первые костюмы JIM были сконструированы из литого магния из-за его высокого отношения прочности к весу и весили в воздухе около 1100 фунтов (498,95 кг), включая дайвера. Они были 6 футов 6 дюймов (1,98 м) в высоту и имели максимальную рабочую глубину 1500 футов (457 м). Костюм имел положительную плавучесть от 15 до 50 фунтов (от 6,8 до 22,7 кг). Балласт был прикреплен к передней части костюма и мог быть сброшен изнутри, что позволяло оператору подниматься на поверхность со скоростью примерно 100 футов (30 м) в минуту. Костюм также включал в себя линию связи и отсоединяемый шлангокабель. Оригинальный костюм JIM имел восемь кольцевых универсальных шарниров с масляной опорой, по одному на каждом плече и нижней части руки и по одному на каждом бедре и колене. Оператор JIM получал воздух через оральную / носовую маску, прикрепленную к газоочистителю с питанием от легких, срок службы которого составлял приблизительно 72 часа. Работы в арктических условиях с температурой воды -1,7 ° С в течение более 5 часов успешно проводились с использованием шерстяной термозащиты и неопреновой обуви. Сообщалось, что при температуре воды 30 ° C костюм был неприятно горячим во время тяжелой работы.

По мере совершенствования технологий и роста эксплуатационных знаний Oceaneering модернизировала свой парк JIM. Конструкция из магния была заменена на стеклопластик (GRP), а отдельные шарниры - на сегментированные, каждый из которых допускает семь степеней движения, а при сложении дает оператору очень большой диапазон движений. Кроме того, куполообразный верх с четырьмя отверстиями был заменен прозрачным акриловым верхом, взятым у Wasp, что позволило оператору значительно улучшить поле зрения. Министерство обороны также провело испытания летающего костюма Джима, питаемого от поверхности через пуповину. Это привело к созданию гибридного костюма, способного работать как на морском дне, так и в середине воды.

В дополнение к усовершенствованиям дизайна JIM были сконструированы и другие варианты оригинального костюма. Первый, названный SAM Suit (обозначенный A.D.S III), был полностью алюминиевой моделью. Меньший и легкий костюм, он был более антропоморфным, чем оригинальные JIM, и рассчитан на глубину до 1000 футов (300 м). Были предприняты попытки ограничить коррозию с помощью хромового анодирующего покрытия, нанесенного на суставы рук и ног, которое придало им необычный зеленый цвет. Костюм SAM имел высоту 6 футов 3 дюйма (1,91 м) и имел срок службы жизнеобеспечения 20 часов. До того, как проект был отложен на полку, компания UMEL выпустила всего три костюма ЗРК. Второй, названный костюм JAM (обозначенный ADS IV), был построен из стеклопластика (GRP) и рассчитан на глубину около 2 000 футов (610 м).

Current костюмы

ADS 2000 ВМС США на платформе запуска и восстановления после сертификационного погружения в августе 2006 года.

В 1987 году канадский инженер Фил Найттен <168 разработал «Newtsuit ».>, и версия была запущена в производство как "Hardsuit" компанией. Newtsuit сконструирован так, чтобы функционировать как «подводная лодка, которую вы можете носить», позволяя дайверу работать при нормальном атмосферном давлении даже на глубине более 1000 футов (300 м). Сделанный из кованого алюминия, он имел полностью шарнирные сочленения, поэтому дайверу было легче перемещаться под водой. Система жизнеобеспечения обеспечивает 6–8 часов воздуха с резервным запасом на 48 часов. Костюм Hardsuit был использован для спасения колокола с крушения SS Edmund Fitzgerald в 1995 году. В последней версии Hardsuit, разработанной компанией Quantum 2, используются более мощные подруливающие устройства ROV, доступные в продаже, для большей надежности. и большая мощность, а также система мониторинга атмосферы для наблюдения за условиями окружающей среды в салоне. Более поздняя разработка Nuytten - это экзокостюм, относительно легкий и маломощный костюм, предназначенный для морских исследований. Впервые он был использован в 2014 году в подводных исследовательских экспедициях Bluewater и Antikythera.

Система погружения в атмосферу (ADS 2000) Водолаз в костюме Oceanworks ADS 2000 с открытым куполом шлема стоит в закрытом тестовом бассейне и разговаривает с двумя другими военно-морскими офицерами. Система погружения в атмосферу в отряде подразделения глубокого погружения военно-морского резерва на военно-морской авиабазе Северный остров Костюм ADS 2000 опускается в море со стороны корабля. Система атмосферного погружения, спускаемая в воду с аварийного корабля USNS Grasp (T-ARS-51)

ADS 2000 был разработан совместно с OceanWorks International и ВМС США в 1997 году как эволюция костюма Hardsuit для соответствуют требованиям ВМС США. ADS2000 обеспечивает увеличенную глубину для программы спасения подводных лодок ВМС США. Изготовленный из кованого алюминиевого сплава T6061, он использует усовершенствованную конструкцию шарнирного соединения, основанную на шарнирах Hardsuit. Способный работать в морской воде на глубине до 2 000 футов (610 м) при нормальной работе продолжительностью до шести часов, он имеет автономную автоматическую систему жизнеобеспечения. Кроме того, встроенная система двойного подруливающего устройства позволяет пилоту легко перемещаться под водой. Он был полностью введен в эксплуатацию и сертифицирован ВМС США у южной Калифорнии 1 августа 2006 года, когда главный водолаз ВМС Дэниел Джексон погрузился на глубину 2000 футов (610 м).

С начала проекта до 2011 года ВМС США потратил 113 миллионов долларов на ADS.

Экзокостюм Вид экзокостюма сбоку Экзокостюм сзади

См. также

Ссылки

Дополнительная литература

  • Харрис, Гэри Л. (1995). Ironsuit: история атмосферного водолазного костюма. Лучший паб. Co. ISBN 0-941332-25-X.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с атмосферными водолазными костюмами.
Последняя правка сделана 2021-06-12 16:22:19
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте