CN100534857C - 被拖带的潜水物体的航行控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于被拖带的潜水物体(3)特别是被拖的线性声基天线的航行控制装置。该装置包括具有纵向轴线(5a)的主体(5)，主体配有用于可拆卸地固定拖带物体的固定装置(53，55)和多个稳定翼(7a，7b，7c)，每个稳定翼连接在主体上，沿着与这个主体的纵向轴线呈横向的轴线(13a，13b，13c)延伸，每个翼板可以通过控制装置由围绕其横向轴线的旋转相对于主体进行定向，以改变翼板的倾角。

Description

被拖带的潜水物体的航行控制装置

技术领域

[01]本发明涉及一种用于被拖带的潜水(sous-marin)物体尤其是被拖线性声基天线(antenne acoustique)的航行控制装置。

[02]尤其是为了确保采集地震数据(特别是三维数据)，公知的是在海上拖带一种潜水物体(例如前述天线)。

背景技术

[03]通常，这种天线可以说如同长缆线一样。通常，多根缆线并排布置，常常是十根，一起拖带。

[04]然而，重要的是使这些装置彼此正确定位(尤其是避免它们相互交叉)。而且，有用的还是确定和控制其下潜深度。

[05]有人已经提出这种被拖带的潜水物体航行控制装置。

[06]但是，仍然存在的问题全部或部分地关系到可靠性、这些装置的效率、其成本、使用和/或保养的灵活性。

[07]为了全部或部分地解决以上问题，首先提出本发明装置包括：

[08]-主体，具有纵向轴线，所述主体配有固定装置，用于可拆卸地固定所述被拖带的潜水物体，以及

[09]-多个稳定翼，每个稳定翼与主体相连接，沿着与这个主体的纵向轴线呈横向的轴线延伸，每个翼板可以通过控制装置围绕其横向轴线旋转地相对于主体进行定向，以改变所述翼板的倾角。

[10]装置和被拖带的潜水物体拖拽在牵引船的后面时常常遇到的一个问题是与障碍物相遇。因此，物体和/或装置可能在前进中在其效率方面受到影响，甚至受到损坏。

发明内容

[11]为了解决这些问题，现提出：

[12]-主体包括：

[13]＊固定的内部部分，配有所述与被拖带的潜水物体进行固定的固定装置，以及

[14]＊活动的外壳，围绕所述纵向轴线相对于固定的内部构件进行旋转，以及

[15]-每个翼板与轴的一端相连接，所述轴相对于所述纵向轴线基本上呈径向延伸，穿过活动的外壳，与插入在套环的圆形凹槽中的凸销相配合，所述套环围绕所述固定的内部部分同轴延伸，当每个翼板和活动的外壳围绕主体的所述纵向轴线旋转时，凸销在凹槽中滑动。

[16]因此，在与障碍物意外相遇的情况下，翼板和外壳可以通过围绕主体的纵向轴线旋转而避开障碍物。

[17]关于以上所述的全部或部分问题，另外建议本发明装置包括三个围绕纵向轴线布置的翼板，两个下翼板其间限定一个“V”形，一个上翼板基本上垂直，所述控制装置操纵这些翼板，以调整装置的下潜深度以及装置相对于被拖带的潜水物体总体上沿其延伸的基准轴线的侧向位置。

[18]根据本发明一个重要特征，这里考虑到有关围绕相应的横向轴线有效地安全可靠地驱动(每个)翼板的问题。

[19]关于这个特征，本发明提出：

[20]-每个翼板围绕其横向轴线的旋转驱动通过偏心轮加以确保，所述偏心轮在第一端部连接到这个翼板的横轴上，在第二端部连接到插入在相应套环的圆形凹槽中的凸销上，其围绕所述固定的内部部分与之同轴地进行滑动安装，以致所述翼板围绕其横向轴线的旋转通过所述套环沿主体的纵向轴线的移动进行；和/或

[21]-每个翼板围绕其横向轴线的旋转驱动通过凸轮加以确保，所述凸轮具有相对于相应翼板的旋转轴线错开的旋转轴线，在所述纵向轴线的基本上呈径向的平面的角扇形上延伸的孔中移动，凸轮由围绕与这个纵向轴线呈横向的横向轴线旋转的轴驱动，轴由齿轮驱动，齿轮由角传动式回转装置驱动旋转，角传动式回转装置本身由围绕同主体的纵向轴线基本上平行的轴线旋转的回转传动装置驱动；以及

[22]-关于前述特征，旋转轴必要时在其自由端具有在所述孔中移动的偏心轮，从而限定确保每个翼板进行角定向的凸轮，所述孔布置在所述套环上，套环围绕主体的固定的内部部分延伸，以致所述翼板围绕其横向轴线的旋转通过所述套环沿主体的纵向轴线的移动进行。

[23]以上第二特征特别是可以保持恒定的翼板迎角，完全允许装置围绕主体的“纵向”轴线旋转。

[24]特别是，使用已经描述的具有三个翼板的“三脚(tripode)”系统，建议装置包括至少与所述翼板同样多的圆形凹槽，这些圆形凹槽沿所述纵向轴线一个接着一个地相继布置，使翼板沿这条纵向轴线彼此错开。

[25]这样确保机构比较简单而又安全可靠，不影响平衡和稳定性。

[26]另一个遇到的问题涉及这种可能性：在大卷筒上将本发明装置和被拖带的潜水物体(特别是如同已经描述的那样是一种缆线)卷绕在一起，不必取下沿缆线/物体周期性布置的本发明控制装置，而又不会损坏这些装置。

[27]本发明提出的解决方案在于：

[28]-主体的活动的外壳包括两个彼此可分离的并且相对于固定的内部部分可分离的半壳体，以及

[29]-每个翼板的旋转轴可拆卸地连接到内部主体上，

[30]以致特别是当主体连接到所述被拖带的潜水物体上时，翼板和所述主体的活动的外壳可以相对于所述主体的内部部分进行分离。

[31]另一个遇到的问题涉及从主体的内部控制翼板旋转的方式。

[32]为此，建议：

[33]-(每个)翼板围绕其横向轴线的旋转由至少一个间歇地工作以使有关翼板偏转的电动机加以控制，为此，(每个)电动机最好对于每个翼板来说连接到至少一个具有充电和放电时间的电容器上，电动机在电容器放电时间工作，在其充电时间停机，换句话说，电动机的使用频率产生小而恒定的平均功率，以及

[34]-可选地，在以上一种或另一种情况下，电容器最好属于具有电源的电路，电容器在其充电时间由恒定电流充电。

[35]因此，翼板旋转的机动供电由电容器的充电和放电而获得。

附图说明

[36]参照附图和非限制性实施例，本发明其他特征和优越性将得到进一步理解。

[37]附图如下：

[38]图1是本发明控制装置的剖切立体图；

[39]图2和3是用于旋转地控制翼板使之与外壳一起围绕主体的固定内部部分旋转的系统的两个立体图；

[40]图4和5是翼板控制系统的两个局部剖切立体图；

[41]图6和7示出工作线路图；

[42]图6示出主要电子控制装置的布置；

[43]图7示出供给电动机功率的控制装置的最佳实施例；以及

[44]图8和9示出说明电动机最佳工作情况的两条曲线。

具体实施方式

[45]图1示出用于被拖带的潜水物体3尤其是拖带的线性声基天线——这里示意地表示为长缆线形式——正确保持和定位的本发明保持和导向装置。

[46]装置1包括中空中央主体5和多个可各自定向的稳定翼7a、7b、7c(这里为3个)。

[47]主体5具有纵向轴线5a。

[48]这个主体包括固定中央部分9和同心外壳11，所述外壳与翼板一起围绕具有轴线5a的中央部分旋转地加以安装，一旦遇到障碍物，翼板可以围绕轴线5a旋转向侧面避开。

[49]此外，沿横向(径向)轴线延伸到轴线5a的翼板围绕其各自的横向轴线13a、13b、13c旋转地加以安装(约呈5至30°最好呈20°)。

[50]为了进行这种运动，每个翼板最好朝其根部例如翼板7b的根部17b固定到径向轴上(轴15b沿翼板7b的轴线13b延伸)。

[51]对于涉及翼板的解释，考量翼板7b，其他翼板的安装相同：径向轴15b穿过外壳11，在外壳11的下面，所述径向轴15b固定地连接到横向爪19上，横向爪19配有一凸块或凸销21，所述凸块或凸销21在一套环25的沟槽或凹槽23中滑动(图2和3)。

[52]凹槽23在套环的整个外周边上沿轴线5a的径向平面同心地进行延伸。

[53]相对于沟槽呈偏移状(沿纵向轴线5a)，套环25由长形孔(或者最好是两个直径上相对的孔)29贯穿，指杆31在所述孔(每个孔)中移动(图2和3)。

[54]长形孔29的轴线平行于圆形凹槽23进行延伸。

[55]因此，它位于轴线5a的径向平面上。

[56]如图4或5所示，指杆31是由电动机39的输出轴37(平行于轴线5a)控制的角传动装置35驱动的凸轮式(或偏心式)径向装置33的一个构件。

[57]在所示的最佳实施例中，确切地说，轴37由旋转地驱动轴向螺钉41的减速电机控制，径向齿轮43啮合在所述螺钉上，从而限定角传动装置35(图3和5)。

[58]所述齿轮在具有齿的区域43以外在两侧由偏心杆径向延伸，所述偏心杆具有指杆31，限定凸轮式径向装置33(图5)。

[59]这个装置由轴45驱动(轴45在轴线5a的径向平面上延伸)，所述轴45围绕其轴线33a旋转，由齿轮43导向，齿轮43在输出轴37的控制下在平行于轴线5a的孔47中旋转(图3)。

[60]使用这种翼板控制系统，套环25、49、51沿轴线5a错开，如同三个翼板一样(见图1、4和5)。

[61]因此，每个翼板的相对于轴线5a的角度定向可以根据具体情况加以调整。

[62]这是在工作方式上在水下在稳定的正常状态下具有垂直上翼板7a和两个倾斜下翼板7b、7c的翼板布置情况，所述翼板7b、7c最好相对于通过翼板7a的垂线具有相同的间隔角α。这样可以确保控制通常基本上平行的两列拖带物体之间的深度和相对位置。

[63]为了控制深度，只有两个下翼板7b、7c围绕其旋转轴线13b、13c进行倾斜，以致装置1对与之连接的拖带物体的上游部分和下游部分3a、3b施加垂直合力(显然，整个装置向前移动)。

[64]为了进行侧向控制(水平平面)，上翼板7a围绕其轴线13a旋转，两个下翼板7b、7c(彼此沿相反方向)也是如此，以消除沿轴线5a的力矩，保持整个系统处于垂直位置。

[65]如果整个被拖的物体和装置1通常由海面船只拖带向前移动，那么，施加的合力相对于轴线5a在侧面朝左或朝右。

[66]对于同被拖的上游和下游物体部分3a、3b的连接(机械连接、电连接、信号循环等)来说，主体5的中央固定部分9在其相对的纵向端部分别配有第一和第二连接接头53、55，所述接头53、55设计成用于插入配置在所述被拖物体的上游部分和下游部分3a、3b的相应端部上的互补接头。

[67]此外，尤其是为了将被拖线卷绕在大滚筒上，使周期性地沿有关部分布置的装置1通过，外壳11和翼板7a、7b、7c可以与主体的内部部分9分离。

[68]为此，翼板和内部部分9可以包括公知的可拆卸的联锁系统(例如卡口式系统或者螺钉连接装置)。

[69]外壳11最好制成两个半壳体11a、11b，沿含有轴线5a的平面接合在一起，并由本身公知的可拆卸联锁系统相连接。

[70]如上所述，装置1确保控制深度，对被拖物体(至少与之邻接的部分)产生垂直作用力，至少使这些部分达到预先确定的深度。

[71]深度控制最好是使用压力信号的局部控制。

[72]这个信号可以由局部压力传感器61提供，所述传感器61布置在装置1的内部(主体9内部；尤其是电子仪器专用区域9a内，如图4所示)。

[73]另一种可能性是，使用外部提供的压力信号，例如由与装置1的电子仪器相连接的缆线提供的压力信号。因此，可以使用传感器，所述传感器与电子处理装置(或者图6所示的微型控制器60)隔开一段距离地加以布置并与之连通，显然与翼板倾斜控制装置相连接。

[74]此外，每个翼板最好连接到接纳在9a处的位置传感器62上，定每个翼板围绕其径向轴线的倾角(绝对角)。

[75]这个位置信息存入搭载的电子仪器(微型控制器60)，供控制回路进行控制。

[76]为了控制装置1及其邻接部分3a、3b的侧向位置，搭载的电子仪器存储有关与之基本上平行的拖带物体(如果这列物体存在的话)的数据，使所述装置适于将侧向作用力施加到作用力起作用的邻接部分上，以调整与接近的一列或多列拖带物体的相对距离。

[77]距离数据可以由传感器尤其是声学传感器64提供，通过适当的通信装置(尤其是缆线)将这些数据提供给微型控制器60。传感器64可以接纳在9a处，或者与装置1隔开一段距离。

[78]图6所示的传动装置63尤其是连接到电动机(例如电动机39)、角传动装置35和凸轮式(或偏心)装置33上(见图5)。

[79]优选的是，如果装置1包括三个翼板，则主体5上配置三个电动机(见图4)和三个控制装置33、35，所述控制装置与三个圆形套环(图4上为25、49、51)相连接，所述圆形套环与轴线5a相平行地进行滑动，一个布置在另一个的后面，每个都具有外周边凹槽(分别为23、23′、23″)，相应的偏心指杆必要时在其中移动和旋转，每个套环在后面由凸轮33的指杆(31、31′、31″)插入的孔(29、29′或29″)贯穿。

[80]如图6所示，深度控制最好由对装置的环境压力敏感的压力传感器61加以确保。

[81]功率控制系统69(详见图7)还可以解决可使用的电功率比较低的问题。

[82]因此，既然电动机39、39′、39″在工作中消耗比较大的功率，就要使之间歇地工作，以便进行连续周期性的工作和停机，获得翼板7a、7b、7c所要求的倾角。

[83]因此，确保可接受的中等耗电量。

[84]为了获得耗量最大值，要利用电容器的充电/放电周期，最好多个电容器串联。

[85]图7所示的原理图以及图8和9示出，(每个)电容器70的总周期是Tc+Td(最好相应于声学传感器64的输入采集周期)。

[86]如果(每个)电动机(例如电动机39)在12伏的初始电压下工作(所述初始电压由接口67搭载的电容器65的蓄电池提供，所述接口67接收传感器64的数据，使之在处理之后朝微型控制器60传输，见图6)，则例如选用约11至12伏(图7和9)。

[87]因此，图8示出电动机可使用的电流强度。恒定强度的电流(来自蓄电池)连续地给连接在晶体管75和地线77之间的电容器73充电(图7)。

[88]在微型控制器60的控制下，当电容器73充好电时，电源78(例如具有蓄电池组、晶体管75和电阻器79)建立电动机39可使用的最大电流强度(图7和9)。

[89]使用例如六个电容器，每个电容器5法拉，按照前述工作原理串联安装，并且使用三个直流减速电机(DC)，应当可以使这些电动机工作约2至4秒钟(Td)，中间停机时间(Tc)约为30至40秒钟，供给的总功率约为4至5瓦，在10至12伏之间工作，连续的平均功率较低。

[90]将电容器的电压与预程序设计的理论最大值和预定的最小电压进行比较，电动机的放电可以释放/断开。

[91]在紧急情况下，这种解决办法还可以在比确定的时间长的时间进行电动机放电，但是，这显然需要较长的重新充电时间。

[92]关于保持翼板的角位置，最好对偏心装置33的旋转轴线33a进行测定。

[93]为此，可以使用回转传感器尤其是霍尔效应式无接触传感器进行直接测量。

[94]如果是绝对角传感器(最佳解决方案)，用于每个翼板的传感器62应进行有效的工作校准。

[95]为了装置在工作中的平衡，另外建议两个下翼板7b、7c每个都在其自由端配置一个重块(铅)80、82，如图1所示，上翼板7a可选地也在其自由端配有凸缘84，搭载轻泡沫塑料块或等同物，其比重小，最好小于水的比重，因此能在水中漂浮。

Claims (17)

1.用于一被拖带的潜水物体(3)的航行控制的装置，所述装置具有：

-一主体(5)，其具有一纵向轴线(5a)并包括：

^＊一内部部分(9)，其相对于所述被拖带的潜水物体(3)旋转地固定，并配有用于可拆卸地固定到所述物体上的固定装置(53，55)，以及

^＊一外壳(11)，其围绕所述纵向轴线(5a)正对着所述固定的内部部分(9)旋转地运动，

-多个稳定翼(7a，7b，7c)，每个稳定翼连接在所述主体上，并沿着与这个主体的纵向轴线呈横向的轴线(13a，13b，13c)延伸，通过旋转驱动系统(31，35，39，45)和控制装置(63)，每个翼板可以由围绕其横向轴线的旋转相对于所述主体进行定向，以便改变所述翼板的倾角，每个翼板(7a，7b，7c)连接到相对于所述纵向轴线(5a)基本上呈径向延伸的一横轴(15b)上，

被驱动的所述翼板(7a，7b，7c)的每个横轴(15b)穿过所述活动的外壳(11)，以便与这个外壳一起并沿所述纵向轴线围绕所述内部部分(9)旋转地安装，其中，所述横轴与所述的驱动每个被驱动的翼板(7a，7b，7c)围绕其相应的横向轴线(13a，13b，13c)旋转的驱动系统相配合，

其特征在于，对于每个被驱动的翼板，所述旋转驱动系统包括一偏心轮(33)，所述偏心轮在一第一端部连接到这个被驱动的翼板的所述横轴上，并在一第二端部连接到插入在一套环(25，49，51)的圆形凹槽(23，23′，23″)中的一凸销(21)上，所述套环围绕所述固定的内部部分与之同轴地滑动安装，以便所述被驱动的翼板围绕其横向轴线的旋转由所述套环沿所述主体的纵向轴线的移动来实现。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，对于所述每个被驱动的翼板来说，所述凸销与所述相应翼板的所述横轴相配合，并且当每个翼板和所述活动的外壳围绕所述主体(5)的所述纵向轴线旋转时，所述凸销(21)在所述圆形凹槽中滑动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个翼板(7a，7b，7c)的旋转驱动系统--其与所述内部部分(9)相连接--包括至少一个布置在这个内部部分(9)中的电动机(39，39′，39″)。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括布置在所述内部部分(9)中(9a处)的搭载的电子处理仪器(60)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

-它包括一搭载的电子处理仪器(60)，每个翼板(7a，7b，7c)的旋转驱动系统由一电动机(39，39′，39″)驱动，以及

-所述翼板的电动机(39，39′，39″)和所述搭载的电子仪器(60)专门布置在所述主体(5)的内部部分(9，9a)中，使得在所述主体的内部部分(9)和外壳(11)之间既不存在电功率通路也不存在数据通信通路。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个翼板(7a，7b，7c)的旋转驱动系统包括一电动机(39，39′，39″)，所述电动机(39，39′，39″)由一电源(78)和/或通过布置在所述内部部分(9)中的电容器(65，73)供电。

7.根据权利要求3或6所述的装置，其特征在于，所述的驱动翼板(7a，7b，7c)围绕其横向轴线旋转的电动机(39，39′，39″)间歇地工作。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括三个围绕所述纵向轴线布置的翼板(7a，7b，7c)，其中，两个下翼板在其间限定一“V”形，且一个上翼板(7a)基本上垂直，所述控制装置(63)作用于这些翼板，以调整所述装置的下潜深度和所述装置相对于一基准轴线(5a)的侧向位置，所述被拖带的潜水物体总体上沿所述基准轴线(5a)延伸。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述翼板(7a，7b，7c)是有重量的，并且绕所述纵向轴线(5a)呈三面体(trièdre)布置，所述外壳(11)相对于所述固定的内部部分(9)围绕这条纵向轴线的旋转运动性赋予--特别是在水中--所述上翼板(7a)一灵敏的垂直度，而不论所述固定的内部部分围绕这条纵向轴线如何定向。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个翼板(7a，7b，7c)围绕其横向轴线的旋转驱动通过一凸轮(31，31′，31″；33)加以确保，所述凸轮是所述偏心轮(33)的一构件并具有相对于所述相应的翼板的旋转轴线错开的旋转轴线，并在一孔(29，29′，29″)中移动，所述孔(29，29′，29″)在所述纵向轴线的基本上呈径向的一平面的一角扇形上延伸，所述凸轮由一围绕与这条纵向轴线呈横向的轴线(33a)旋转的一旋转轴(45)驱动，所述旋转轴由一齿轮(43)驱动，所述齿轮由角传动式回转装置(35)驱动旋转，所述角传动式回转装置本身由围绕基本上与所述主体的纵向轴线(5a)相平行的一轴线旋转的回转驱动装置(37，41)驱动。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述旋转轴(45)在其自由端具有一偏心杆，所述偏心杆具有一指杆(31)，该指杆在所述孔(29)中移动，从而形成确保每个翼板进行角定向的所述凸轮，所述孔布置在所述套环(25，49，51)中，所述套环围绕所述主体(5)的固定的内部部分(9)延伸，以便所述相应的翼板围绕其横向轴线的旋转通过所述套环沿所述主体的纵向轴线(5a)的移动进行；

并且，所述凸销(21)与所述相应的翼板的所述横轴(15b)相配合，从而当每个翼板和所述活动的外壳围绕所述主体(5)的所述纵向轴线旋转时，所述凸销(21)在所述圆形凹槽中滑动。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

-所述主体的活动的外壳包括两个彼此可分离的并且相对于所述固定的内部部分(9)可分离的半壳体(11a，11b)，以及

-每个翼板(7a，7b，7c)的旋转轴(15b)可拆卸地连接到所述固定的内部部分(9)上，

从而，所述翼板和所述主体的活动的外壳(11)可以相对于这个主体的内部部分分离。

13.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，它包括至少与所述翼板(7a，7b，7c)同样多的所述圆形凹槽(23，23′，23″)，这些圆形凹槽一个接一个地沿所述纵向轴线(5a)相继布置，以便所述翼板沿这条纵向轴线彼此错开。

14.根据权利要求3或5所述的装置，其特征在于，每个所述电动机(39，39′，39″)间歇地工作，以使所述翼板围绕相应的横向轴线偏转，为此，每个所述电动机与至少一个具有充电时间和放电时间的电容器(70，73)相连接，每个所述电动机在电容器的放电时间(Td)工作，在其充电时间(Tc)停机。

15.根据权利要求3或5所述的装置，其特征在于，用于使每个翼板(7a，7b，7c)围绕其横向轴线旋转的有效功率通过至少一个所述电动机(39，39′，39″)供给，所述电动机在至少一个具有充电时间和放电时间的电容器(70，73)的控制下间歇地工作以驱动所述翼板，所述电动机在所述电容器的放电时间(Td)工作，并在其充电时间(Tc)停机。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述电容器(73)属于具有可调电流电源的电路。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述电容器(73)属于具有可调电流电源的电路。

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