Costum de scufundare atmosferic - Atmospheric diving suit

Costum de scufundare atmosferic
Deep Sea Diving Suit.jpg
Costum de scufundare atmosferic
Acronim RECLAME
Alte nume Costum dur, costum JIM
Utilizări Scufundări adânci
Elemente conexe Submersibil
Treningul are articulații rotative complet articulate în brațe și picioare. Acestea asigură o mare mobilitate, rămânând în mare parte neafectate de presiunile ridicate.

Un costum de scufundare atmosferică ( ADS ) este un submersibil articulat cu o singură persoană, care seamănă cu o armură , cu articulații de presiune elaborate pentru a permite articularea, menținând în același timp o presiune internă a unei atmosfere. ADS poate fi folosit pentru scufundări foarte adânci de până la 2.300 picioare (700 m) timp de multe ore și elimină majoritatea pericolelor fiziologice semnificative asociate scufundărilor profunde; ocupantul nu trebuie să se descomprime, nu este nevoie de amestecuri speciale de gaze și nici nu există pericol de boală de decompresie sau narcoză cu azot . Scafandrii care folosesc acest echipament nu trebuie să fie înotători calificați, dar dezavantajul este dexteritatea limitată.

Costumele de scufundări atmosferice în uz curent includ tricoul Newtsuit , Exosuit, Hardsuit și WASP, toate acestea fiind costume dure autonome care încorporează unități de propulsie. Hardsuit este construit din aluminiu turnat (aluminiu forjat într-o versiune construită pentru US Navy pentru salvarea submarinelor); corpul superior este fabricat din aluminiu turnat, în timp ce cupola inferioară este din aluminiu prelucrat. WASP este construit din tuburi de corp din plastic armat cu sticlă (GRP).

Scop și cerințe

Mediul subacvatic exercită stresuri fiziologice majore asupra scafandrului, care cresc odată cu adâncimea și par să impună o limită absolută adâncimii de scufundare la presiunea ambiantă. Un costum de scufundare atmosferică este un mic submersibil cu un corp de presiune care găzduiește un singur ocupant la o presiune internă de aproximativ o atmosferă. Prevederea unor spații de brațe goale cu articulații rezistente la presiune pentru a transporta manipulatoare acționate manual și, de obicei, spații separate pentru picioare, articulate în mod similar pentru locomoție, face ca un costum să semene cu un costum voluminos de armură cu plăci sau cu un exoschelet , cu etanșări articulate elaborate pentru a permite articularea în timp ce menținerea presiunii interne.

Un costum de scufundare atmosferică este un echipament destinat în primul rând izolării ocupantului de presiunea ambiantă a mediului subacvatic și asigurării oricărui suport de viață necesar în timp ce costumul este utilizat. În timp ce folosește costumul, scafandrul se va aștepta să efectueze o muncă utilă și să ajungă la și de la locul unde urmează să se facă munca. Aceste funcții necesită suficientă mobilitate, dexteritate și intrare senzorială pentru a face treaba, iar aceasta va varia în funcție de detaliile lucrării. În consecință, munca posibilă într-un costum atmosferic este limitată de construcția costumului.

Mobilitatea la suprafață și pe punte poate fi gestionată prin sisteme de lansare și recuperare , mobilitatea sub apă necesită, în general, o flotabilitate neutră sau moderat negativă și fie capacitatea de a merge sau de a înota, fie utilizarea propulsoarelor controlabile fin . Atât mersul, cât și propulsia propulsorului au fost aplicate cu un anumit succes. Înotul nu a fost eficient.

Dexteritatea de a efectua lucrări utile este limitată de mobilitatea și geometria articulațiilor, de inerție și de frecare și a fost una dintre cele mai dificile provocări inginerești. Percepția haptică prin intermediul manipulatorilor este o limitare majoră a controlului mai fin, deoarece fricțiunea articulațiilor și a garniturilor reduce foarte mult sensibilitatea disponibilă.

Intrarea vizuală a operatorului este relativ ușor de furnizat direct, utilizând ferestre transparente . Un câmp vizual larg poate fi realizat simplu și eficient din punct de vedere structural prin utilizarea unei cupole parțiale transparente peste capul scafandrului. Vederile de aproape ale manipulatorilor sunt limitate de flexibilitatea articulației și de geometria brațelor costumului. Percepția sonoră externă și a temperaturii sunt foarte atenuate și nu există niciun sentiment de atingere prin costum. Comunicațiile trebuie asigurate prin tehnologie, deoarece în mod normal nu mai există nimeni în imediata vecinătate.

Constrângeri de proiectare

Principalii factori de mediu care afectează proiectarea sunt presiunea hidrostatică ambientală a adâncimii maxime de funcționare și considerații ergonomice cu privire la gama potențială a operatorilor. Structura și mecanica costumului trebuie să reziste în mod fiabil la presiunea externă, fără să se prăbușească sau să se deformeze suficient pentru a provoca scurgeri de etanșări sau îmbinările să experimenteze o frecare excesivă, iar întreaga gamă de mișcare nu trebuie să modifice volumul deplasat intern sau extern.

  • presiunea ambientală, stabilitatea structurală, geometria volumului constant, flotabilitatea, izolația, masa, volumul.
  • considerații ergonomice - rezistența utilizatorului, forțele de operare pe articulații, câmpul vizual, condițiile generale subacvatice

Pericole și moduri de avarie

  • structurale: scurgeri, implozie, blocarea articulațiilor, pierderea flotabilității.
  • defecțiuni ale sistemelor: pierdere de energie, comunicații, propulsie,
    • susținerea vieții: respirația aerului, controlul temperaturii

Istorie

Proiecte timpurii

Rochia de scufundare a lui John Lethbridge , primul costum de scufundare închis, construit în anii 1710.

În 1715, inventatorul britanic John Lethbridge a construit un „costum de scufundare”. În esență, un butoi de lemn de aproximativ 6 metri (1,8 m) lungime, cu două găuri pentru brațele scafandrului, sigilate cu manșete din piele și o fereastră de 4 inci (100 mm) din sticlă groasă. A fost folosit pentru a scufunda la o adâncime de până la 18 metri și a fost folosit pentru a salva cantități substanțiale de argint din epava Vansittartului din India de Est , care s-a scufundat în 1719 în largul insulelor Capului Verde .

Primul costum blindat cu articulații reale, conceput ca piese de piele cu inele în formă de arc (cunoscut și ca articulații acordeon), a fost proiectat de englezul WH Taylor în 1838. Mâinile și picioarele scafandrului erau acoperite cu piele. Taylor a conceput, de asemenea, un rezervor de balast atașat la costum care putea fi umplut cu apă pentru a obține o flotabilitate negativă . Deși a fost brevetat, costumul nu a fost niciodată produs. Se consideră că greutatea și volumul său l-ar fi făcut aproape subacvatic.

Lodner D. Phillips a proiectat primul ADS complet închis în 1856. Designul său cuprindea un trunchi superior în formă de butoi cu capete bombate și articulații cu bilă și soclu în brațele și picioarele articulate. Brațele aveau articulații la umăr și cot, iar picioarele la genunchi și șold. Costumul include un rezervor de balast, un port de vizionare, intrarea printr-un capac de vizualizare în partea de sus, o elice cu manivelă și manipulatori rudimentari la capetele brațelor. Aerul trebuia furnizat de la suprafață prin furtun. Nu există nicio indicație, totuși, costumul lui Phillips a fost construit vreodată.

Costumul construit de frații Carmagnolle în 1882, a fost primul design antropomorf.

Primul proiect în mod corespunzător antropomorf al ADS, construit de frații Carmagnolle din Marsilia , Franța în 1882, a prezentat rosturi convolute rulante formate din secțiuni parțiale de sfere concentrice formate pentru a crea o potrivire strânsă și menținute etanșe la apă cu o cârpă impermeabilă. Costumul avea 22 dintre aceste articulații: patru în fiecare picior, șase pe braț și două în corpul costumului. Casca avea 25 de porturi individuale de vizionare din sticlă de 2 inci (50 mm) distanțate la distanța medie a ochilor umani. Cântărind 380 kg (830 de lire sterline), Carmagnole ADS nu a funcționat niciodată corect și articulațiile sale nu au fost niciodată complet impermeabile. Acum este expus la Muzeul Marinei Naționale Franceze din Paris.

Un alt design a fost brevetat în 1894 de inventatorii John Buchanan și Alexander Gordon din Melbourne , Australia . Construcția s-a bazat pe un cadru de fire spiralate acoperite cu material impermeabil. Designul a fost îmbunătățit de Alexander Gordon prin atașarea costumului la cască și la alte părți și încorporarea tijelor cu raze îmbinate în membre. Acest lucru a dus la un costum flexibil, care ar putea rezista la presiuni ridicate. Costumul a fost fabricat de firma britanică Siebe Gorman și testat în Scoția în 1898.

US Navy 1913 ADS
1913 US Navy ADS la Man in the Sea Museum, Panama City, FL cu ghearele homarului
Vedere de ansamblu a apucătorului cu două fălci și a articulației încheieturii picioarelor pe costumul de scufundare blindat al Marinei SUA din 1913

Designerul american MacDuffy a construit primul costum pentru a folosi rulmenți cu bile pentru a asigura mișcarea articulației în 1914; a fost testat la New York la o adâncime de 214 picioare (65 m), dar nu a avut prea mult succes. Un an mai târziu, Harry L. Bowdoin din Bayonne, New Jersey , a realizat un ADS îmbunătățit cu articulații rotative umplute cu ulei. Îmbinările folosesc un canal mic spre interiorul îmbinării pentru a permite egalizarea presiunii. Costumul a fost conceput pentru a avea patru articulații în fiecare braț și picior și o articulație în fiecare deget mare, pentru un total de optsprezece. Patru porturi de vizionare și o lampă montată pe piept au fost destinate pentru a ajuta viziunea subacvatică. Din păcate, nu există dovezi că costumul lui Bowdoin a fost construit vreodată sau că ar fi funcționat dacă ar fi fost.

Costumele de scufundări atmosferice construite de firma germană Neufeldt și Kuhnke au fost folosite în timpul salvării lingourilor de aur și argint de la epava navei britanice SS Egypt , o căptușeală de 8.000 tone P&O care s-a scufundat în mai 1922. Costumul a fost retrogradat în funcție ca observație camera la adâncimea epavei de 170 de metri (560 ft) și a fost folosită cu succes pentru a direcționa apucările mecanice care au deschis depozitul de lingouri. În 1917, Benjamin F. Leavitt din Traverse City, Michigan , a scufundat pe SS Pewabic, care s-a scufundat la o adâncime de 182 picioare (55 m) în lacul Huron în 1865, salvând 350 de tone de minereu de cupru. În 1923, el a continuat să salveze epava goletei britanice Cape Horn, care se afla în 67 de metri de apă în largul Pichidangui , Chile , salvând cupru în valoare de 600.000 de dolari. Costumul lui Leavitt avea un design și o construcție proprii. Cel mai inovator aspect al costumului Leavitt a fost faptul că era complet autonom și nu avea nevoie de ombilical, amestecul respirator fiind furnizat dintr-un rezervor montat pe spatele costumului. Aparatul de respirație a încorporat un scruber și un regulator de oxigen și ar putea dura până la o oră întreagă.

În 1924 Reichsmarine a testat a doua generație a costumului Neufeldt și Kuhnke la 160 m, dar mișcarea membrelor a fost foarte dificilă și articulațiile au fost considerate a nu fi sigure , în sensul că, dacă ar eșua, ar exista posibilitatea ca integritatea procesului să fie încălcată. Cu toate acestea, aceste costume au fost folosite de germani ca scafandri blindați în timpul celui de-al doilea război mondial și au fost ulterior luate de aliații occidentali după război.

În 1952, Alfred A. Mikalow a construit un ADS folosind articulații cu bile și prize, special în scopul localizării și recuperării comorilor scufundate. Costumul ar fi putut face scufundări la adâncimi de 300 de metri și a fost folosit cu succes pentru a se arunca cu capul pe vasul scufundat SS City of Rio de Janeiro în 100 de metri de apă lângă Fort Point , San Francisco . Costumul lui Mikalow avea diverse instrumente interschimbabile care puteau fi montate pe capătul brațelor în locul manipulatorilor obișnuiți. Acesta transporta șapte cilindri de înaltă presiune de 90 de metri cubi pentru a furniza gaz de respirație și pentru a controla flotabilitatea. Compartimentul cu balast acoperea buteliile de gaz. Pentru comunicare, costumul folosea hidrofoane .

Costumul modern

Peress ' Tritonia

Doi scafandri, unul purtând ADS „Tritonia” și cealaltă rochie de scufundare standard, pregătindu-se să exploreze epava RMS  Lusitania , 1935.

Deși diferite costume atmosferice au fost dezvoltate în timpul epocii victoriene , niciunul dintre aceste costume nu a reușit să depășească problema de proiectare de bază a construirii unei îmbinări care să rămână flexibilă și etanșă la adâncime, fără a se apuca sub presiune.

Pionierul inginer britanic de scufundări, Joseph Salim Peress , a inventat primul costum de scufundare atmosferică cu adevărat utilizabil, Tritonia , în 1932 și a fost ulterior implicat în construcția celebrului costum JIM . Având un talent natural pentru proiectarea inginerească, el s-a provocat să construiască un ADS care să țină scafandrii uscați și la presiunea atmosferică, chiar și la o adâncime mare. În 1918, Peress a început să lucreze pentru WG Tarrant la Byfleet , Regatul Unit , unde i s-a oferit spațiul și instrumentele pentru a-și dezvolta ideile despre construirea unui ADS. Prima sa încercare a fost un prototip extrem de complex prelucrat din oțel inoxidabil solid .

În 1923, lui Peress i s-a cerut să proiecteze un costum pentru lucrări de salvare pe epava SS Egipt, care se scufundase în Canalul Mânecii . El a refuzat, pe motiv că costumul său prototip era prea greu pentru ca un scafandru să poată manipula cu ușurință, dar a fost încurajat de cererea de a începe lucrul la un costum nou folosind materiale mai ușoare. Până în 1929 a crezut că a rezolvat problema greutății, folosind magneziu turnat în loc de oțel și a reușit, de asemenea, să îmbunătățească designul articulațiilor costumului, folosind o pernă de ulei prinsă pentru a menține suprafețele în mișcare lină. Uleiul, care era practic necompresibil și ușor deplasabil, ar permite articulațiilor membrelor să se deplaseze liber la adâncimi de 200 brazde (1.200 ft; 370 m), unde presiunea era de 520 psi (35 atm). Peress a susținut că costumul Tritonia ar putea funcționa la 1.200 ft (370 m), deși acest lucru nu a fost niciodată dovedit.

Luciana Civico urcând de la scufundarea recordului de adâncime la 82 de metri pe 11 noiembrie 1962 în vecinătatea Capo Miseno din Golful Pozzuoli strânge cleștele costumului de scufundări operat de s. Locotenent Benito Velardi

În 1930, Peress a dezvăluit costumul Tritonia. Până în mai, a finalizat încercările și a fost demonstrat public într-un tanc de la Byfleet . În septembrie, asistentul lui Peress, Jim Jarret, a plonjat în costum la o adâncime de 123 m (404 ft) în Loch Ness . Costumul a funcționat perfect, articulațiile dovedindu-se rezistente la presiune și mișcându-se liber chiar și la adâncime. Costumul a fost oferit Royal Navy, care l-a refuzat, afirmând că scafandrii din Navy nu au trebuit niciodată să coboare sub 90 m (300 ft). În octombrie 1935, Jarret a făcut o scufundare profundă cu succes la peste 90 m (300 ft) pe epava RMS  Lusitania din Irlanda de Sud, urmată de o scufundare mai mică la 60 metri (200 ft) în Canalul Mânecii în 1937, după care, din cauza lipsei de interes, costumul Tritonia a fost retras.

Dezvoltarea costumelor de presiune atmosferică a stagnat în anii 1940 până în anii 1960, întrucât eforturile s-au concentrat pe rezolvarea problemelor scufundărilor profunde, tratând problemele fiziologice ale scufundărilor sub presiune ambientală în loc să le evite prin izolarea scafandrului de presiune. Deși progresele în scufundarea sub presiune ambientală (în special, cu echipament de scufundare ) au fost semnificative, limitările au adus un interes reînnoit pentru dezvoltarea ADS la sfârșitul anilor 1960.

Costumul JIM

Tritonia costum petrecut aproximativ 30 de ani în depozit o companie de inginerie din Glasgow , unde a fost descoperit, cu ajutorul Peress', de către doi parteneri în firma britanica Subacvatic Marine Equipment, Mike Humphrey și Mike Borrow, la mijlocul anilor 1960. Ulterior, UMEL ar clasifica costumul lui Peress drept „ADS Type I”, un sistem de desemnare care va fi continuat de companie pentru modelele ulterioare. În 1969, lui Peress i s-a cerut să devină consultant pentru noua companie creată pentru a dezvolta costumul JIM, numit în cinstea scafandrului Jim Jarret.

Costum JIM în Muzeul Naval Submarin

Primul costum JIM a fost finalizat în noiembrie 1971 și a fost supus încercărilor la bordul HMS  Reclaim la începutul anului 1972. În 1976, costumul JIM a stabilit un record pentru cea mai lungă scufundare de lucru sub 150 m (490 picioare), cu o durată de cinci ore și 59 de minute la o adâncime de 906 picioare (276 m). Primele costume JIM au fost construite din magneziu turnat pentru raportul său mare rezistență / greutate și au cântărit aproximativ 1.100 de lire sterline (500 kg) în aer, inclusiv scafandru. Aveau 1,98 m înălțime și aveau o adâncime maximă de lucru de 460 m. Costumul avea o flotabilitate pozitivă de 15 până la 50 de lire sterline (67 până la 222 N). Balastul a fost atașat la partea din față a costumului și a putut fi eliminat din interior, permițând operatorului să urce la suprafață la aproximativ 30 de metri pe minut (30 de picioare pe minut). Costumul a încorporat, de asemenea, o legătură de comunicare și o conexiune ombilicală care poate fi eliminată. Costumul original JIM avea opt articulații universale inelare susținute de ulei, una în fiecare umăr și braț inferior și una la fiecare șold și genunchi. Operatorul JIM a primit aer printr-o mască orală / nazală care se atașa la un scruber alimentat cu plămâni care avea o durată de susținere a vieții de aproximativ 72 de ore. Operațiunile în condiții arctice cu temperaturi ale apei de -1,7 ° C timp de peste 5 ore au fost efectuate cu succes folosind protecție termică din lână și cizme din neopren. În apă la 30 ° C, costumul a fost raportat ca fiind incomod fierbinte în timpul lucrărilor grele.

Pe măsură ce tehnologia s-a îmbunătățit și cunoștințele operaționale au crescut, Oceaneering și-a modernizat flota de JIM-uri. Construcția de magneziu a fost înlocuită cu plastic armat cu sticlă (GRP) și îmbinările simple cu cele segmentate, fiecare permițând șapte grade de mișcare, și atunci când sunt adăugate, oferind operatorului o gamă foarte mare de mișcare. În plus, partea superioară a costumului cu patru porturi a fost înlocuită de o cupolă acrilică transparentă, așa cum se utilizează pe WASP, ceea ce a permis operatorului un câmp vizual mult îmbunătățit. De asemenea, Ministerul Apărării a efectuat încercări pe un costum Jim zburător alimentat de la suprafață printr-un cablu ombilical. Acest lucru a dus la un costum hibrid cu capacitatea de a lucra pe fundul mării, precum și pe apa de mijloc.

În plus față de actualizările la designul JIM, au fost construite și alte variante ale costumului original. Primul, denumit SAM Suit (denumit ADS III), a fost un model complet din aluminiu. Un costum mai mic și mai ușor, era mai antropomorf decât JIM-urile originale și avea o adâncime de 300 m. S-au făcut încercări de limitare a coroziunii prin utilizarea unui strat cromatic de anodizare aplicat articulațiilor brațului și picioarelor, care le-a conferit o culoare verde neobișnuită. Costumul SAM avea 1,91 m înălțime și avea o durată de susținere a vieții de 20 de ore. Doar trei costume SAM vor fi produse de UMEL înainte ca designul să fie depozitat. Al doilea, denumit costumul JAM (denumit ADS IV), a fost construit din plastic armat cu sticlă (GRP) și a fost evaluat la adâncime pentru aproximativ 610 m.

VIESPE

WASP la rezervorul de testare OSEL Gt Yarmouth, Marea Britanie

Sistemul de scufundări atmosferice WASP face parte dintr-o singură persoană submersibilă și un costum de scufundare atmosferică, în sensul că există brațe articulate care conțin și sunt mișcate de brațele operatorului, dar picioarele operatorului sunt cuprinse într-o carcasă rigidă. Mobilitatea este asigurată de două propulsoare electrice marine cu comutator vertical și două orizontale . Adâncimea de funcționare a fost estimată la 700 m

WASP are o înălțime de 84 inci (2,1 m), o lățime de 42 inci (1,1 m) și 34 inci (0,86 m) față în spate. Greutatea balastată în aer este de aproximativ 2.200 de lire sterline (1.000 kg), pentru o flotabilitate neutră în apă, dar flotabilitatea poate fi mărită cu până la 35 de lire sterline (16 kg) în timpul funcționării, iar balastul poate fi eliminat în caz de urgență. WASP este transportat pe un cadru de sprijin.

Costume actuale

Exosuit
Vedere laterală a Exosuit
Vedere din spate a Exosuit

În 1987, „ Newtsuit ” a fost dezvoltat de inginerul canadian Phil Nuytten , iar o versiune a fost pusă în producție ca „Hardsuit” de Hardsuits International . Costumul Newtsuit este construit pentru a funcționa ca un „submarin pe care îl poți purta”, permițând scafandrului să lucreze la presiune atmosferică normală chiar și la adâncimi de peste 300 de metri. Fabricat din aluminiu forjat , avea articulații complet articulate, astfel încât scafandrul să se poată deplasa mai ușor sub apă. Sistemul de susținere a vieții asigură 6-8 ore de aer, cu o rezervă de urgență de 48 de ore suplimentare. Hardsuit a fost folosit pentru a salva clopotul de la epava SS Edmund Fitzgerald în 1995. Cea mai recentă versiune a Hardsuit proiectată de Oceanworks , „Quantum 2”, folosește propulsoare ROV disponibile comercial pentru o mai bună fiabilitate și mai multă putere, de asemenea. ca sistem de monitorizare atmosferică pentru a monitoriza condițiile de mediu din cabină.

Un design mai recent de Nuytten este Exosuit, un costum relativ ușor și cu putere redusă, destinat cercetărilor marine. A fost folosit pentru prima dată în 2014 la expedițiile de cercetare subacvatică Bluewater și Antikythera.

US Navy ADS 2000 pe platforma de lansare și recuperare după o scufundare de certificare în august 2006.

ADS 2000 a fost dezvoltat împreună cu OceanWorks International și Marina SUA în 1997, ca o evoluție a Hardsuit pentru a îndeplini cerințele Marinei SUA. ADS2000 oferă o capacitate de adâncime sporită pentru programul de salvare submarină al US Navy. Fabricat din aliaj de aluminiu forjat T6061, folosește un design avansat al articulațiilor bazate pe îmbinările Hardsuit. Capabil să funcționeze în până la 2.000 de picioare (610 m) de apă de mare pentru o misiune normală de până la șase ore, are un sistem de susținere a vieții autonom, autonom. În plus, sistemul integrat cu propulsor dual permite pilotului să navigheze ușor sub apă. A devenit pe deplin operațional și a fost certificat de Marina SUA din sudul Californiei la 1 august 2006, când scafandrul șef al marinei Daniel Jackson s-a scufundat la 610 m.

De la începutul proiectului până în 2011, marina SUA a cheltuit 113 milioane de dolari pe ADS.

Sistem de scufundări atmosferice (ADS 2000)
Un scafandru care poartă costumul Oceanworks ADS 2000 cu cupola de cască deschisă stă într-o piscină interioară de testare și vorbește cu alți doi ofițeri navali
Sistem de scufundare atmosferică la rezervația navală, detașarea unității de submersie profundă la stația aeriană navală din Insula de Nord
Costumul ADS 2000 este coborât în ​​mare de pe partea unei nave
Sistemul de scufundări atmosferice coborât în ​​apă de pe nava de salvare USNS Grasp (T-ARS-51)

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

  • Harris, Gary L (1995). Ironsuit: Istoria costumului de scufundare atmosferică . Cel mai bun pub. Co ISBN 0-941332-25-X.

linkuri externe