Классификация, области применения и типовые задачи НПА

Согласно руководящему документу IMCA R 004 [5] классификация необитаемых подводных аппаратов производится следующим образом

Class I – Observation ROVs

Class II – Observation ROVs with Payload Option

Class III – Work-Class Vehicles

Class IV – Towed and Bottom-Crawling Vehicles

Class V – Prototype or Development Vehicles

Внешний вид основных классов НПА представлен на Рис.7.

Класс I	Класс II	Класс III	Класс IV	Класс V
Hyball	Falcon	Triton XLX	Focus-2	Nereus HROV
LBV	V8 Sii	COMANCHE	ROVING BAT	HUGIN 1000
Рис.7. Внешний вид основных классов НПА

Далее рассматриваются основные характеристики, преимущества, недостатки и сферы применения каждого класса, а так же некоторые экономические показатели.

Class I – Observation ROVs

Класс I – Осмотровые Телеуправляемые Подводные Аппараты (ТПА)

Первоначально Аппараты этого класса были предназначены только для получения видеоизображения и являлись развитием стационарных систем подводного виденаблюдения за водолазами в районе работ. ТПА данного класса имеют одну, реже несколько видеокамер, светильники, часто лазерные «линейки», в некоторых случаях миниатюрные датчики и манипулятор типа «схват»

Основными преимуществами ТПА этого класса является относительно низкая стоимость, малогабаритность, низкие транспортировочные расходы, «быстрый старт», минимальное количество операторов(1-2), возможность развертывания с маломерного судна без грузоподъемного оборудования.

Недостатки обусловлены тем, что ТПА данного класса не обладают развитым Движетельно Рулевым Комплексом (ДРК), что не позволяет им уверенно маневрировать на глубинах более 50м, либо проводить обследования с движением по заданной траектории при наличии даже слабого течения. Гидролокатор секторного обзора(ГСО) и Гидроакустическая Навигационная система с ультракороткой базой(ГАНС УКБ) не входит в базовую комплектацию, а постановка этих систем на ТПА малого класса практически удваивает стоимость комплекса при этом усложняя и утяжеляя аппарат и еще более сокращая область его применения в морских условиях. Однако, без ГСО, если прозрачность воды не позволяет ориентироваться визуально, работа ТПА крайне затруднена, а без ГАНС УКБ результаты обследования на открытой воде практически невозможно привязать к абсолютным географическим координатам, что не позволяет представить результаты обследования, а следовательно использовать как инструмент инженерных изысканий.

Типовыми задами при подводном строительстве можно считать обеспечивающие функции:

Поддержка (видеонаблюдение) работы водолазов на глубинах~20-30м, в том числе при предварительном осмотре места работ и планировании спусков с целью обеспечения безопасности.

Поддержка спускоподъемных операций при работе Автономных необитаемых подводных аппаратов АНПА (Класс V)

Осмотры подводной части судна(винто-рулевая группа), якорных устройств, затонувших объектов.

Реальной областью применения данного класса являеются осмотры точечных подводных объектов на глубинах до 50м, в прозрачной (видимость не менее2-3м) воде, при отсутствии течения.

Следует отметить, что надводный пост управления должен располагаться на судне носителе, способном удерживать положение в районе работ, либо встать на якорь, либо маневрировать с минимальной скоростью, что налагает определенные условия на класс судна, в значительной степени ограничивает размеры рабочей зоны ТПА в подводном пространстве и длительность погружения ТПА, а следовательно производительность работ в целом.

Максимальная экономическая эффективность достигается при замене водолазных осмотров в опасных условиях (стесненных, подледных).

Вес миниатюрного ТПА AC-ROV SP50 (рабочая глубина 75м) 3кг, вес всего комплекса с 40м кабеля на вьюшке, надводным блоком управления и монитором в ударопрочном кейсе- 18кг, стоимость комплекта ~ 13 000$*, с манипулятором и ГАНС УКБ более 35 000$*,

Вес малогабаритного ТПА Seabotix LBV150SE(рабочая глубина 150м) 11кг, вес всего комплекта с кабелем 175м, надводным блоком в 2-х кейсах около 60кг, стоимость комплекта ~ 26 000$ при дооснащении ГСО, ГАНС УКБ и манипулятором схватом ~ 55 000$

Class II – Observation ROVs with Payload Option

Класс II – Осмотровые Телеуправляемые Подводные Аппараты (ТПА) с дополнительной полезной нагрузкой

ТПА данного класса имеют модульную рамную конструкцию, в стандартную комплектацию входят 1-2 видеокамеры, светильники, ГСО, манипулятор «схват».

Габаритные размеры ТПА допускают размещение различных средств обследования фото или видеосистем с дополнительными светильниками, в том числе импульсными, ультразвукового толшинометра или датчика катодного потенциала протекторной защиты подводного сооружения. Кроме стандартного для данного класса навигационного обеспечения ГСО и ГАНС УКБ, в последнее время достаточно широко применяются моноимпульсные гидролокаторы высокого разрешения (звуковизоры) для навигации в условиях видимости близкой к нулевой.

Компоновка ТПА предусматривает сменные технологические модули которые крепятся к основной раме и могут содержать либо блок многостепенного гидравлического манипулятора, либо блок специализированных средств обследования (гидроакустических, электромагнитных, и др.) либо специализированный инструмент выполнения минимальных рабочих операций (остропка, отдача, очистка, грунторазмыв)

Аппараты этого класса имеют ДРК позволяющий при определенных гидрологических условиях района работ маневрировать в диапазоне рабочих глубин до 300м, а при применении промежуточного звена - заглубителя типа «пригруз» или «гараж» до 1000м

Снаряженная масса ТПА может достигать 100-150кг, что делает необходимым использование П-рамы либо крана-манипулятора при развертывании с судна носителя.

В качестве носителя, при определенных условиях, можно использовать суда типа "Ярославец" проекта Р-376

Приемушествами данного класса являются, маневренность, достаточная для работы в морских условиях, многофункциональность, модульность, сравнительная малогабаритность, отсутствие необходимости в специализированных спускоподъемных устройствах (СПУ)

К недостаткам следует отнести существенную, по сравнению с предыдущим классом, стоимость, транспортировочные характеристики (комплект оборудования не является портативным и переносным), при работах на глубинах более 300м требуется дорогостоящая электрическая лебедка.

Инженерно-техническая группа эксплуатации состоит минимум из 3-х человек (желательно с сертификатами IMCA Grade II ROV Pilot/Technician)

Сбор и обработка данных обследования может потребовать специализированных программных средств.

Типовыми задами при подводном строительстве можно считать

Фототелевизионное обследование подводных объектов с привязкой к географическим координатам.

Поддержка операций разработки грунта, прокладки/обслуживания кабельных трасс и коммуникаций.

Толшинометрия, контроль протекторной защиты.

Измерение гидрологических параметров в районе работ, экологичечкий мониторинг.

Выполнение типовых задач Класса I

Реальной сферой применения являются обследования и инспекции объектов подводного строительства на глубинах до 300м в зависимости от типа полезной нагрузки и возможностей обеспечивающего судна.

Стоимость ТПА Seaeye Falcon (рабочая глубина 300м) в базовом варианте с 2-мя видеокамерами, светильниками, ГСО, ГАНС УКБ манипулятором типа схват,450м кабеля на ручной вьюшке составляет ~130 000$, толщиномер Cygnus ROV UT Gauge~10 000$, сменный технологический модуль с 5 степенным гидравлическим манипулятором HydroLek ~25 000$, электрическая лебедка с кабелеукладчиком емкостью до 1100м ~90 000$. Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что стоимость комплекса ТПА с необходимой полезной нагрузкой может значительно превышать 200 000$.

Class III – Work-Class Vehicles

Класс III – Рабочие Телеуправляемые Подводные Аппараты (РТПА)

Основная масса ТПА Рабочего класса – аппараты с гидравлическим приводом массой 2-5 тонн, оснащенных 2-3 многостепенными манипуляторами со сменным рабочим инструментом, обладающими возможностью нести 100-300 кг полезной нагрузки.

ДРК аппаратов данного класса состоит из гидроприводов с упорами в сотни кг., что позволяет противостоять течениям и маневрировать в рабочей зоне во всем диапазоне глубин до 4000м

ТПА данного класса представляют собой комплекс на базе нескольких 20 футовых контейнеров: Пост управления, лебедка с П-рамой, устройство глубоководного погружения (УГП), общий транспортировочный вес комплекса может достигать нескольких десятков тонн.(ROV ISIS 6000м: 5 контейнеров 20ft. ~80т)

Размещаются и развертываются комплексы подобного класса в основном на специализированных судах DP2 ROV Support Vessel с системой динамического позиционирования.

Аппараты данного класса могут выполнять все виды подводных работ. Элементы объектов подводного строительства проектируются, а технология подводного строительства базируется на возможностях аппаратов этого класса.

Недостатком систем данного класса является их высокая стоимость, высокие требования

предъявляемые к судну носителю, составу и квалификации персонала

Типовыми задачами при подводном строительстве являются

Инженерные изыскания при подготовке к строительству

Спускоподъемные операции элементов конструкций

Операции по обустройству на дне

Cстоимость комплекса может достигать 10 млн. $

Class IV – Towed and Bottom-Crawling Vehicles.

Класс IV– Буксируемые и передвигающиеся по дну аппараты

Буксируемые аппараты предназначены в основном для проведения инженерных изысканий при подготовке к строительству как площадок на дне так и трасс прокладки кабелей, коммуникаций и трубопроводов, а так же для инспекций уже построенных объектов.

На аппаратах устанавливаются необходимые для сбора данных гидроакустические, электромагнитные и фототеливизионные системы, а так же средства навигационного обеспечения.

К преимуществам можно отнести широкий спектр предлагаемого на рынке оборудования.

Буксируемые гидролокаторы бокового обзора (ГБО) прошли успешную апробацию на протяжении десятков лет. Отсутствие жестких требований к судну носителю.

Недостатками буксируемых систем являются влияние погодных условий на проведение буксировки в заданном районе, ограниченная маневренность и управляемость, значительное удорожание работ на глубинах более 100м.

В настоящее время буксируемые комплексы постепенно вытесняются автономными необитаемыми аппаратами (АНПА) в особенности на глубинах более 200м

Типовыми задачами при подводном строительстве являются

Инженерные изыскания при подготовке к строительству.

Изыскательские и поисковые гидроакустические съемки.

Инспекции протяженных объектов, траншей.

Реальной сферой применения является обследования дна на малых до 15 и средних 50-100м

глубинах.

Стоимость ГБО для работы на глубинах 15-30м с полосой обследования до 200м составляет

~4000-25000$

Cтоимость буксируемого комплекса Focus 2 c кабелем 2000м(глубина до 400) надводным постом и лебедкой

~700000$, с полезной нагрузкой может достигать 1,5 млн.$ и более.

Передвигающиеся по грунту аппараты представляют собой, по сути, подводные «тракторы»

с дистанционным управлением. По компоновке и методу использования практически не отличаются от аппаратов рабочего класса за исключением наличия «гусениц» или лыж и специализированного инструмента для разработки грунта.

Преимуществом является возможность жесткого сцепления с дном и как следствие управляемость и качество работ.

К недостаткам относится дороговизна, узкая специализация.

Типовыеизадачи

Разработка грунта

Рытье траншей

Укладка кабелей труб

Реальная сфера применения: подводные земляные работы на глубинах до 1500м

Стоимосные показатели схожи с ТПА Класса III ТПА SMD UT-1 с рабочей глубиной 1500м

Для рытья траншей с одновременной закладкой труб стоит~20 млн.$

Class V – Prototype or Development Vehicles. Класс V– Экспериментальные подводные аппараты

Основную часть построенных (около 650 ед) экспериментальных аппаратов составляют

автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) которые способны передвигаться в толще воды по заданной программе производя обследования с помощью различных приборов входящих в состав полезной нагрузки.

АНПА представляют собой аппаратно-програмный комплекс в состав, которого входят технические средства и программное обеспечение, совместно применяемые для решения задач по назначению.

Технические средства состоят из самого аппарата, производящего погружения, средств навигационного обеспечения (ГАНС ДБ) разворачиваемых в районе работ, спускоподъемного и вспомогательного оборудования.

Наиболее коммерчески успешные примеры KONSGBERG HUGIN и REMUS100

Имеют торпедообразную форму с пропеллером в качестве движителя, горизонтальными и вертикальными рулями, оснащены литиевыми аккумуляторами позволяющими производить погружения в течении 8-24 часов и до 60 часов с применением топливных ячеек. Масса малогабаритного REMUS100 составляет ~50кг, глубина погружения до 100м, масса глубоководного HUGIN 4500 составляет ~1900кг, глубина погружения до 4500м.

Преимущества комплексов АНПА состоят в отсутствии требований к динамическому позиционированию обеспечивающего судна, возможности проводить обследования в неблагоприятную погоду и подольдом, высокой скорости обследования.

Недостатками является высокая стоимость, невозможность получения результатов обследования в реальном режиме времени.

Типовыми задачами при подводном строительстве являются

Инженерные изыскания

Инспекции

Экологический мониторинг

Исследование гидрологических характеристик района.

Решения этих задач успешно опробированны в Институте Проблем Морских Технологий ДВО РАН на глубинах до 6000м

Стоимость REMUS100 ~250 000-500 000$ HUGIN 4500 7-8 млн. $

Стратегическими целями развития морской деятельности России являются: повышение конкурентоспособности морского транспорта, интенсификация освоения шельфовых месторождений, развитие методологии и средств комплексных исследований Мирового океана.

Реализация Стратегии развития морской деятельности в РФ до 2030 года [4] осуществляется в рамках федеральных целевых программ, в частности ФЦП «Развитие транспортной системы России (2010-2015 гг.)»

Малогабаритные подводные аппараты находят все большее применение в мировой практике, как для оснащения контролирующих органов техническими средствами морского экологического контроля и надзора, так и в качестве зарекомендовавшего себя инструмента природопользования в прибрежных водах и внутренних водоемах. Более половины парка необитаемых подводных аппаратов в мире принадлежит к классу малогабаритных/портативных.

[1] Итог подсчитывается путем суммирования баллов

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: