从1715年第一种潜水装具的诞生,到1984年 NEWSUIT装具出现,至目前最新型EXOsuit的发明, 装具已经有300年的发展历史。装具发展的历史进程来看,前期主要为英国和欧洲国家占主导地位,在后期则主要是美国、加拿大占主导地位。
我国在上世纪九十年代开始研究常压潜水装具,并取得一些成果。在“十二五”期间,常压潜水装具作为海洋深水工程重大装备及配套工程技术所属的深水水下应急维修装备与技术得到国家立项支持。采用新型液压柱形旋转关节的国产装具也将在2015年完成试验并交付给中国海洋石油工程股份有限公司。
1、1715年-1915年
1715年39岁的John Lethbridge建造了一种装备来打捞沉船上的宝藏,即Lethbridge装具,它只是吊入水中的一个木桶,人的双手可穿过桶壁,并设置密封措施,来实现常压潜水。工作深度浅,装具自身没有生命支持系统或者只是通过气管由水面供气,没有通讯系统, 没有推进系统,观察窗以平板玻璃为主,且尺寸小视野有限。
1838年Taylor设计了第一个有关节的潜水装具,即Taylor装具。装具内的潜水员通过软管与水面连接供气,其关节类似于手风琴式的钢制结构,并通过皮革材料实现水密。1856年设计的Plillips装具为第一台完全密闭的的潜水装具,并首次使用了球穴式关节。在装具背部有一个浮力舱,一个单孔观察窗,在上部有个人孔,在上肢端部有一简单的夹持器。这两个装具应该只有设计图,没有实物。
1882年Carmagnolle兄弟在法国申请了铠甲潜 水装具专利。该装具的关节由数个同心的半球紧密装配在一起,通过一圈水密的布贴在半球间,并有 一定折叠,以便可以滑动。装具头部四周镶嵌很多小玻璃视窗,可以360度观察。可惜这套装具一直未能很好地运行,目前收藏在法国海洋博物馆。
1898年澳大利亚人John Buchanan 和Alexander Gordon设计了一款潜水装具,由Siebe Gorman公司制造,在苏格兰测试。1906年法国人M de Pluvy制造了一款潜水装具,不通过水面而是通过化学物质提供氧气,这套装具虽然外形有点小尴尬,但是Pluvy说下潜过几次,最大深度到90m。
1914年美国人Chester E MacDuffee制造了一套潜水装具,采用泵将水从衣服中抽出替代水密,可惜的是1915年在美国东北部长岛海峡的试验没有成功。
2、1915年至1984年
1915年,美国人Bowdin取得了一种新型充油旋转关节专利,该装具比较复杂,有18个关节,头部有4个玻璃窗,胸部有个潜航灯。这种关节为圆柱结构,设置一根小导管使内外压力相等。但是,由于没有持久的润滑,关节很容易卡死。该装具并没有实际制造。1922年,Victor Campos也申请了一 种类似的充油关节的专利,并进行了制造。据说该装具下潜到了600m深度。该装具设置故障安全设计,如果关节出现故障,能自动密封,不会让水进入装具。
1917年,德国Neufeldt & Kuhnke公司基于球穴式关节专利建造了2台常压潜水装具模型,该装具利用球体承受和传递水压。1931年在该型装具的帮助下在埃及一艘沉船中打捞出10吨银币,5吨金币。1930年Roberto Galeazzi对Neufeldt & Kuhnke装具进行了很多改进,开发出Galeazzi型装具。
美国人Benjamin F Leavitt在1917年,潜入水下55米,成功地从休伦湖的沉船中打捞出铜。
1922年英国发明家Joseph Salim Peress申请了一种充油的球形关节,并于1925年制造了一型装具, 但未取得成功。其后在1932年制造第二型装具,名为“Tritonia”,现在常称其为“JIMⅠ”。 该装具有8只球型关节,并配有简单作业工具。该装具成功用于Lusitania的沉船打撈,最大下潜深度313m。上世1960年代,商业潜水已不能赶上深海石油开发的步伐。Mike Humphrey 与Mike Borrow认识到常压潜水装具在海洋工程行业中的价值,说服Joseph Salim Peress 共同开发 JIM装具。1970年代,JIM装具开始应用到海工行业。在JIM装具的基础上,后续开发出WASP装具和SPIDER装具。
3、1984年至今
Phil Nuytten基于1984年申请的旋转关节专利, 开发了NEWSUIT装具,由于该装具由Hardsuits公司制造,随后改称为HARDSUIT,是真正的仿人形的装具。该装具有16只专利保护液压补偿旋转柱形关 节,允许潜水员靠自身驱动装具的上肢与下肢。
我国“十二五”期间展开研制的新型常压潜水装具ADS2000,研制单位为中国船舶科 学研究中心,在2015年完成总装测试。该装具采用柱型液压补偿关节,其中每只上肢5只关节,每只下肢3只关节,耐压结构采用锻铝机加工制造,设计工作深度600m。装具配备中继站系统,水面吊放系统,独立的生命支持系统,配备高清摄像机,成像声呐,以及两台LED灯,应急抛载,中性缆切割, 频闪灯,应急声波发射器。该型装具的研制成功缩短了我国与国外先进潜水装具的差距。
Phil Nuytten在2000年后开发了EXOSUIT装具,EXOSUIT的浅深度版本为无缆常压潜水装具,允许潜水者在装具内通过摆动下肢驱动脚蹼实现游泳的效果,可见其关节已经具有很高的灵活度。它拥有22个高度灵活的旋转关节,以及脚部的游泳鳍,空气中(不含潜水员)重量只有72kg,EXOSUIT拥有48小时生命支持时间与最新的水下通讯手段,其潜水员可以从一个地方游到另一个地方。另一大深度版本工作深度304m,重240kg,拥有18个柱形 关节,并配有双向推进器,不仅可以实现水下行走还可以通过推进器驱动实现“水下飞行”,耐压结构采用金属基复合材料制造。
2022年11月18日,第五届国际潜水救捞与海洋工程装备展览会上,长江航道工程局有限责任公司首次展示了其ADS常压潜水系统。该系统最大下潜深度可达365米,其在水下能保持常压状态,可有效增加潜水作业安全性和水下作业时间,在高坝、水库、深海作业等领域有着广泛的应用前景。
参考文献
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国内外常压潜水装具发展及应用_杨青松2015
可上天入地下海__应急“利器”护大国平安_邓莉2023
三峡库区ADS应用问题研究_司太生2020
三峡库区深潜水问题及对策_张乘凤2019
水下军事救援装备现状及发展建议_石恒源2020
作业型单人常压潜水装具(ADS)中继器的试验研究_施东春2015
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常压潜水装具半球形观察窗蠕变特性分析_杨青松2015
常压潜水装具水动力特征与运动模拟(英文)_高慧2018
常压潜水装具运动建模与求解_王志博2016
单人常压潜水装具水下作业工具系统研究_古浪2015
基于自适应神经网络滑模控制...常压潜水装具航向控制器设计_陈垦2018
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