CN101622173A - 波浪动力 - Google Patents

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CN101622173A CN200880006903A CN200880006903A CN101622173A CN 101622173 A CN101622173 A CN 101622173A CN 200880006903 A CN200880006903 A CN 200880006903A CN 200880006903 A CN200880006903 A CN 200880006903A CN 101622173 A CN101622173 A CN 101622173A
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Abstract

本发明涉及一种漂浮物(1)，其适合于用作浮标或用作波浪动力载体的一个部件。该漂浮物(1)包括上部构件(12)，其高度可以改变，和/或其甚至在漂浮物处于带有波浪的水中时保持实质上竖直。低拖曳缆索(2)适合于用作波浪动力载体中的系链，其具有流线型横截面，并且包括抗拉构件(21)、至少一个非承载构件(22)以及聚合物包壳(23)，该抗拉构件(21)靠近横截面的前部，该至少一个非承载构件(22)在抗拉构件的后面。波浪动力载体具有漂浮物(1)、水下浮子(3)和连接漂浮物和浮子的系链(2)，包括用于确定系链是否被扭转的装置；或者用于解开系链的装置(91)；或者可以在载体与鲸缠结在一起而被向下拖时使系链分离的压敏连接(71，72，73)；或者将系链固定到漂浮物或固定到浮子的2轴的万向接头；或者吸收由系链产生的突发性载荷的弹性元件；或者这些构件中的两个或更多个。

Description

波浪动力
相关申请的交叉引用
本申请要求于2007年3月2日提交的美国临时申请No.60/904,647的优先权，并且涉及于2006年1月20日提交的美国临时申请No.60/760,893、于2006年5月18日提交的美国申请No.11/436,447、于2006年9月1日提交的美国临时申请No.60/841,834，以及于2007年1月18日提交且作为WO 2007/001139于2007年8月2日公开的国际专利申请No.PCT/US/07/01139。为了所有目的，这些申请中的每一个的全部公开内容通过引用并入本文。
发明背景
本发明涉及受到水中的波浪的作用的装置，并且在一些情形中该装置使用水中的波浪动力。
当波浪沿着水面行进时，其产生水的竖直运动，但是没有纯粹的水平运动。竖直运动的幅度随着深度对数地减小；在大约为波浪长度的一半的深度处，竖直运动很小。由风引起的水流的速度也随着深度急剧地减小。已经做出了一些使用波浪动力(wave power)做有用的工作的方案。例如可以参照美国专利No.986,627、1,315,267、2,520,804、3,312,186、3,453,981、3,508,516、3,845,733、3,872,819、3,928,967、4,332,571、4,371,347、4,389,843、4,598,547、4,684,350、4,842,560、4,968,273、5,084,630、5,577,942、6,099,368以及6,561,856、美国出版物No.2003/0220027以及2004/0102107、WO94/10029以及WO 87/04401。为了所有目的，这些专利和出版物中每一个的全部公开内容通过引用并入本文。
本发明的第一优选方面概述
本发明涉及受到水中的波浪的作用的装置，包括但不限于使用水中的波浪动力的装置，例如水上载体(water vehicle)，其当被放置在带有波浪的水(wave-bearing water)(即具有移动越过其表面的波浪的水)中时，在水面上行进。这种载体例如可以包括(1)漂浮物(float)，(2)浮子(swimmer)以及(3)系链(tether)，其连接漂浮物和浮子；当载体处于静止的水中时，漂浮物、浮子和系链使得，(i)漂浮物处于水的表面上或靠近水的表面，(ii)浮子被浸没在漂浮物的下面，以及(iii)系链处于张力之下；而当载体处于带有波浪的水中时，浮子与水相互作用，以产生倾向于在具有水平分量的方向(下文将简单地称之为“在水平方向上”或“水平地”)上移动漂浮物的力。为了简洁起见，该全套文件将如前面的句子中所描述的一种包括漂浮物、浮子以及系链的水上载体称为WPV。优选的WPV被描述在通过引用所包含的相关的申请中。
发明概述
本发明的第一优选方面概述
在第一优选方面，本发明提供了一种漂浮物，其将在水中漂浮，并且其包括：
(1)主体，
(2)上部构件，其固定到主体，并且从该主体向上延伸，以及
(3)控制装置，其用于控制以下各项中的至少一个：
(a)上部构件相对于主体的方向，以及
(b)上部构件的构型(configuration)。
在漂浮物的第一实施方式中，
(a)当漂浮物漂浮在静止的水中时，上部构件具有相对于水的静止方向，并且
(b)当漂浮物漂浮在带有波浪的水中时，所述控制装置减少(包括实质上防止)上部构件从静止方向离开的运动。
在该漂浮物的第二实施方式(其可以、但是并非必然地具有第一实施方式的特征)中，上部构件具有可以改变的高度(例如，包括可以伸缩进入彼此中的部件，和/或包括一个或更多个可以折叠和展开的部件)。
本发明的第二优选方面概述
在第二优选方面，本发明提供了一种缆索(cable)，其
(a)具有横截面，该横截面
(i)具有从0.5到3.0英寸的翼长(chord length)，且
(ii)包括引导边缘部分和锥形的后缘部分(tapered trailing edgeportion)，该引导边缘部分包括具有最大宽度的横截面的部分，该最大宽度为从0.1到1.0英寸，并且至多为横截面的翼长的0.5倍，且
(b)包括：
(1)细长的抗拉构件(elongate tensile member)，其在缆索处于张力下时承载载荷，并且其优选地穿过缆索的引导边缘部分，以及
(2)至少一个附加的细长构件，其在缆索处于张力下时不承载载荷，以及
(3)包壳(jacket)，其提供缆索的外表面。
本发明的第三优选方面概述
在第三优选方面，本发明提供了一种包括用于确定系链是否被扭转的装置的WPV。
本发明的第四优选方面概述
在第四优选方面，本发明提供了一种包括用于在系链被扭转时解开系链的装置的WPV。
本发明的第五优选方面概述
在第五优选方面，本发明提供了一种WPV，其包括一种压敏连接(pressure-sensitive connection)，当水压力实质上超过在正常使用状态下的水压力时，该压敏连接引起系链从漂浮物分离和/或从浮子分离，和/或引起系链断裂。以这种方式，如果WPV与鲸或其它海洋生物缠结时，该WPV将在生物下潜时解开。
本发明的第六优选方面概述
在第六优选方面，本发明提供了一种WPV，其中，该系链通过双轴的万向接头固定到漂浮物和/或固定到浮子，该双轴的万向接头在漂浮物/浮子前后颠簸(pitch)或滚动(roll)时枢轴转动，但是在漂浮物/浮子左右摇摆(yaw)时不枢轴转动。
本发明的第七优选方面概述
在第七优选方面，本发明提供了一种WPV，其中，系链通过弹性元件连接到漂浮物或连接到浮子或连接到它们两者，该弹性元件可在系链从松弛状态转换到承载状态时吸收所产生的突发性载荷(snap load)。
附图简述
本发明在附图中示出，该附图的本质是示意性的，并且没有按照比例绘制，并且其中：
图1为包括本发明的第一优选方面的WPV的没有按比例绘制的示意图；
图2和图3为穿过依据本发明的第二优选方面的缆索的横截面；
图4和图5为依据本发明的第二优选方面的缆索的透视图；
图6和图7为用于本发明的第四优选方面中的转动耦合装置(rotationcoupling)的横截面图和透视图；
图8为用于本发明的第五优选方面中的缆索释放机构的透视图；以及
图9和图10为图8的机构处于关闭和打开位置的横截面图。
发明详细描述
在上面的本发明概述、下面的本发明的详细描述、例子，以及权利要求以及附图中，对本发明的具体特征(包括例如，部件、成份、元件、设备、装置、系统、组、范围、方法步骤、测量结果等)做了引用。应理解，本发明在该全套文件中的公开内容包括这些具体特征的所有可能的组合。例如，一个具体特征被公开在一个具体方面、一个具体的实施方式、一项具体的权利要求或一幅具体的图的环境中，在合适的范围内，该特征还可被用在其它特定的方面、实施方式、权利要求以及图片的环境中，还可以一般地用在本发明中。所公开的发明包括本文中没有具体地描述的实施方式，并且可以例如，利用本文中没有具体地描述的特征，但是其提供与本文中具体地描述的特征的功能相同、等同或类似的功能。
本文中使用的术语“包括”和与其语法上等同的术语意思是，除了被具体地识别的特征之外，还可选择地存在其它特征。例如，一种组合物或装置“包括”(或“其包括”)部件A、B和C，可以是只包括部件A、B和C，或者不仅包括部件A、B和C还包括一个或更多的其它部件。本文中使用的术语“基本组成为”和与其语法上等同的术语的意思是，除了被具体地识别的特征之外，可以存在不会实质上地改变已要求保护的发明的其它特征。其后跟着一个数字的术语“至少”被用在本文中，以表示从该数字开始的一个范围(其可以为一个具有上限或没有上限的范围，这取决于被定义的变量)的起始。例如，“至少1”的意思是1或多于1，以及“至少80％”的意思是80％或多于80％。其后跟着一个数字的术语“至多”被用在本文中，以表示结束于该数字的一个范围(其可以为具有1或0作为其下限的一个范围，或者没有下限的一个范围，这取决于被定义的变量)的终止。例如，“至多4”的意思是4或小于4，“至多40％”的意思是40％或小于40％。当范围被以“(第一个数字)到(第二个数字)”或“(第一个数字)-(第二个数字)”给出时，这意味着其下限为第一个数字且其上限为第二个数字的一个范围。例如，“8到20个碳原子”或“8-20个碳原子”的意思是其下限为8个碳原子并且其上限为20个碳原子的范围。术语“多个”(“plural”、“multiple”、“plurality”和“multiplicity”)在本文中用来表示两个或多于两个的特征。
在本文中对于一种包括两个或更多个定义的步骤的方法进行了引用，该定义的步骤可以以任何顺序或同步地被执行(除了排除了可能性的情形外)，并且该方法可以选择性地包括一个或更多个其它步骤，该一个或更多个其它步骤可以在任何定义的步骤之前、在两个定义的步骤之间或在所有定义的步骤之后执行(除了排除了可能性的情形外)。本文中对“第一”和“第二”特征进行了引用，这样做一般地是为了识别的目的；除非情形有另外要求，否则该第一和第二特征可以是相同的或不同的，并且对第一特征的引用不意味着第二特征必然地存在(虽然其可以存在)。本文中对“一个”(“a”or“an”)特征进行了引用，这包括存在有两个或更多个这样的特征的可能性(除了排除了可能性的情形外)。本文中对两个或更多个特征进行了引用，这包括了这样的可能性：该两个或更多个特征被提供相同功能的更少或更多特征替代(除了排除了可能性的情形外)。本文给出的数字应被理解为其范围适合于它们的情形和表达；例如，每个数字都承受变化，该变化取决于精确度，该精确度可以通过本领域技术人员通常使用的方法来测量。
该全套文件通过引用并入了本文提及的所有文件以及与该全套文件同时提交或在该全套文件之前提交的与本申请相关的所有文件，包括但不限于和该全套文件一起对公众查阅开放的这类文件。
A.本发明的第一方面的详细描述
在其第一方面，本发明提供了一种漂浮物，其可以被用于任何目的，包括例如作为浮标(或浮标的一部分)或作为WPV的一部分。术语“方向”表示主体和上部构件之间的角度关系。术语“构型”表示上部构件的尺寸(例如高度和/或宽度)，以及包括存在或不存在辅助构件，例如传感器。
该漂浮物可以选择性地具有下面的特征中的一个或多个：
A1.(a)当该漂浮物漂浮在静止的水中时，上部构件具有相对于水的静止方向；以及
(b)当该漂浮物漂浮在带有波浪的水中时，控制装置减少上部构件从该方向位置(orientation position)离开的运动。
A2.(a)该上部构件被固定到主体，以便其可以相对于该主体转动，例如，借助于允许前后颠簸运动(pitch motion)和/或滚动运动的枢轴接头，或借助于万向接头，比如球窝(当漂浮物为相对长和相对窄时，只允许前后颠簸运动的枢轴接头可能是适当的)而相对于该主体转动；且
(b)控制装置包括下部构件，该下部构件(i)被固定到主体，(ii)从主体向下延伸，(iii)被连接到上部构件，以及(iv)当漂浮物处于带有波浪的水中时，在该漂浮物在水中并且受到波浪运动的作用时，引起上部构件相对于主体的转动。
A3.下部构件可以例如具有下面的特征中的一个或多个：
A3a其被固定到上部构件，以便，当该漂浮物前后颠簸时，下部构件减少上部构件从静止方向离开的运动。可选择地或另外地，其被固定到上部构件，以便，当漂浮物滚动时，下部构件减少上部构件从静止方向离开的运动；此特征特别适合于在漂浮物具有两个或更多个船体(hull)，例如为双体船时，在该种情形中，上部构件将通常被放在船体之间。
A3b其重量和/或惯性矩实质上大于上部构件的重量和/或惯性矩。为此目的，一重物(weight)可以可选择地固定到下部构件，优选地，直接地或通过柔性的缆索来固定到其下端部。当漂浮物作为WPV的一部分并且系链被固定到下部构件时，想要的重量可以部分地或完全地由系链和浮子的重量提供。
A3c其被固定到上部构件，以便上部构件和下部构件形成一个单独的主体(一个“柱”)。在一个实施方式中，在漂浮物在水中漂浮时，该柱穿过该漂浮物主体中的铰链承窝(hinge socket)，并且在该漂浮物不在水中漂浮时，可以通过该铰链承窝被向上拉以便存储或以便展开。在另一个实施方式中，柱可以在两个或更多个不同的高度固定到漂浮物，以便上部构件的高度可以增加，从而，例如可以在想要的高度(或被降低的)放置传感器，并且下部构件的长度可以对应地减小(或增加，例如，以在系链被连接到下部构件时降低浮子，在波浪大时可能需要这样)。
A3d当漂浮物处于静止的水中时，其处于包括该漂浮物的主体的纵向轴线的竖直平面内，和/或实质上为竖直的，或者，在该漂浮物作为WPV中的漂浮物使用时，向着前端部倾斜至竖直，例如，倾斜多达12°，例如3-8°，例如大约5°，至竖直。
A4.上部构件可以可选择地具有下面的特征中的一个或多个：
A4a其具有可以改变的高度或其它尺寸。例如，上部构件可以是伸缩性的(即包括相对于彼此滑动并因此改变上部构件的尺寸的两个或更多个单元)，和/或可以包括可以折叠和展开并因此改变上部构件的尺寸的两个或更多个单元。该漂浮物可以包括马达以改变上部构件的尺寸。该漂浮物可以包括激活致动器以改变上部构件的尺寸的一个或更多个传感器，例如，检测波浪的高度的传感器(其可以位于上部构件上)，以便上部构件的高度在波浪的高度增加时可以被减小，且反之亦然。其高度或其它尺寸可以改变的上部构件的一个优势在于它的风阻可以最小化。
A4b其带有一个或更多个配件，该一个或更多个配件从组成为摄像机、无线电天线、无线电发射器、无线电中继器、气象传感器、二氧化碳传感器和信号灯，以及用于检测大气和海洋之间的热量和气体流量的传感器的组中选出。
A4c其穿过漂浮物的主体或在漂浮物的主体周围。
A4d当漂浮物处于静止的水中时，其具有位于包括漂浮物的纵向轴线的竖直平面内的轴线，和/或实质上为竖直的。
A4f其包括一个或更多个柔性部分，以便其在超负荷的情形中可以弯曲。
A5f其不与如上文描述的下部构件关联，例如，被固定到漂浮物的主体以便在漂浮物处于带有波浪的水中时它的方向不改变，或者利用不同的机构以控制它的方向。
A6.漂浮物具有2-30英尺，例如5-15英尺的长度，以及漂浮物的长度的0.1倍到0.6倍，例如0.2到0.3倍的宽度。
A7.漂浮物为如上文中所定义的WPV中的漂浮物。在此种WPV中，系链可以连接到下部构件，优选地连接到下部构件的最下点，或者连接到漂浮物主体。该连接可以是例如通过万向接头连接的。
本发明的此方面的优选实施方式在以想要的和优选的在水上方的相对恒定的高度上支撑传感器和其它设备中特别有用。例如，本发明的此方面的一些实施方式能减小(包括在一些情形中，实质上消除)上部构件的摇摆运动，其中该上部构件被固定到处于带有波浪的水中的漂浮物。如果需要，该上部构件可以被保持在实质上竖直的位置。这样的摇摆运动会歪曲风测量结果，并且减少无线电通讯的功效。通常安装在数据浮标和数据收集水载体(data collection water vehicle)上的很多仪器在水面上方相对高的高度最佳地运行。
用于报告风速的标准高度是在水平面以上10m，但是在现有技术实践中，风速经常在较低的高度测量然后被校正。当使用依据本发明的漂浮物来测量风速时，该测量优选地在水面以上至少1.5米处进行，并且通常可以在实质上更高的高度进行；如果需要，风速可以被校正，以考虑由漂浮物上的观测波浪的高度的传感器提供的信息。
对于无线电通讯的视线，发射器和接收器的高度越高，可能的范围越大。本发明的优选的实施方式使得有可能创建无线电通讯中继器网络，该网络包括多个带有天线的WPV，该多个带有天线的WPV被分开相当一段距离，例如10-20英里。WPV的数量及WPV的分离可以被选定以便有冗余，以便在缺少一个或少量的WPV时不妨碍网络的运行。
摄像机观测最好在波浪和浪花上方的高度进行。
对于空气/海洋热量流量(其对天气模型和气象模型是重要的)的测量，测量温度或二氧化碳浓度的传感器被放置在水面以上和以下的不同高度处。已经发现，二氧化碳流量的特征可以通过在水面以上合适的高度，例如大约2m和大约4m放置传感器来表现。在本发明的漂浮物的一个实施方式中，上部构件包括放置在水面以上不同高度，例如大约2m和大约4m的二氧化碳传感器。该漂浮物还可以包括在水面以下的二氧化碳传感器。当漂浮物为WPV的一部分时，二氧化碳传感器还可以被放置在浮子上和/或放置在系链上和/或放置在拖曳阵列(towed array)上。该拖曳阵列可以为具有浮力控制的拖鱼(towfish)，该浮力控制使得其能够从表面到30-100m的深度(或者甚至更深)上下扫动。
本文公开的本发明不仅包括具有如上文描述的上部构件并且安装有二氧化碳传感器的WPV，而且包括安装有如上文描述的二氧化碳传感器的任何WPV。
该漂浮物可以包括传感器(例如加速度计或速率传感器，比如对速度灵敏的GPS)，该传感器引起上部构件上的设备只在漂浮物处于波峰或接近于波峰时运行。
本发明的此方面的优选的实施方式使得当使用固定到漂浮物的上部构件时，使用高度大于实际的高度的上部构件是切合实际的。例如，该上部构件可以可选择地具有固定的高度(或者，如果上部构件具有可调整的高度，则具有最大的高度)，该高度为漂浮物长度的至少0.5倍，例如漂浮物长度的至少0.8倍，例如漂浮物长度的0.8-3倍或漂浮物长度的1-2倍。因此，该高度可以为至少6英尺，或者至少10英尺，例如6-15英尺，或者在高度可调整时甚至更多，例如在完全缩回时高度为3-10英尺，并且在完全伸展时高度为10-30英尺。
B.本发明的第二优选方面的详细描述
本发明的第二优选方面的缆索在多种多样的情形中是有用的，在该多种多样的情形中，它能在缆索相对于它浸入其中的水或者其它液体移动时，减小缆索上的拖曳力。在一个这样的用途中，该缆索被用作WPV中的系链。
该缆索可以可选择地具有下面的特征中的一个或更多个。
B1其具有翼长为0.8至1.5英寸的横截面。
B2其具有为该横截面的翼长的至多0.3倍的最大宽度。
B3其具有包括锥形的后缘部分的横截面。
B4其具有相对圆形的引导边缘以及尖锐的后缘，以便该横截面类似于泪珠或翼型(airfoil)形状。
B5包壳包括聚合物组合物，例如包括环氧树脂或聚氨酯的组合物。
B6该包壳通过压挤或将聚合物组合物模制在抗拉构件和附加的细长构件周围而被制备，优选地通过在包壳中不引起残余应力的工艺来制备，例如，通过围绕细长部件而铸造该组合物，或者其包括一个步骤，在该包壳已经被形成在细长部件周围之后，其中包壳中的任何应力被减小(包括全部被移除)。
B7该包壳包括抑制海生物生长(marine growth)和其它结垢(fouling)的添加剂。
B8附加的细长构件包括一个或更多个绝缘的电气导体、光学纤维以及声学电缆，例如绝缘的带状电缆。
B9缆索带有识别物，例如可视的标记，其使得缆索能被检测以确定其是否被扭转，例如被漂浮物主体上的摄像机扭转。
B10缆索进一步包括以间隔开的间距从绝缘的包壳延伸的鳍板；这些鳍板的面积可以为例如1-5平方英寸，并且相邻的鳍板之间的距离可以为例如2-12英尺。
B11缆索进一步包括第二细长的抗拉构件，其在缆索处于张力之下时承受载荷，并且其穿过缆索的引导边缘部分。
B12细长的抗拉构件被管道围绕，该管道使得抗拉构件能独立于缆索的剩余部分移动，例如包括聚合物组合物的管道，该聚合物组合物包括氟化聚合物，例如聚四氟乙烯。当有多于一个抗拉构件时，可以有这样的管道，其围绕抗拉构件中的每一个，或者单个管道，其围绕所有的抗拉构件。这种方法使得抗拉构件能够拉伸而不拉伸其它细长部件，例如电气导体。它还使得缆索的剩余部分能够围绕抗拉构件转动，并且使缆索的剩余部分能够与水面平行到减小的拖曳方向。
B13缆索包括抵抗扭转的编织的部件(braided component)，例如编织的套管，其围绕抗拉构件和附加的细长构件中的一些或全部。编织的部件可以例如包括高强度聚合物材料，例如凯夫拉(Kevlar)或另一种芳纶聚合物(aramid polymer)。
B14缆索包括阻水部件，以防止渗入包壳的任何水沿着缆索行进。
B15抗拉构件包括不锈钢或例如呈多股扭转在一起的形式的高强度聚合物材料，例如芳香族聚酯，比如Vectran。在一些情形中，需要在抗拉构件被构成到缆索中之前，在合适的载荷下拉伸抗拉构件，以确保在其作为系链使用时，其不经受相当的拉伸。抗拉构件可以具有例如为0.1到0.3英寸的直径。
B16该缆索被用作WPV中的系链，该缆索被对齐，以便它的引导边缘部分向着WPV的前面定向，并且被连接到漂浮物的主体以及连接到浮子，以便载荷由抗拉构件承受。
B17该缆索被用作WPV中的系链，并且通过允许系链相对于漂浮物和/或浮子转动的旋转接头而连接到漂浮物和/或连接到浮子。
C.本发明的第三优选方面的详细描述
本发明的第三优选方面与WPV有关，其包括用于确定系链是否被扭转的装置。设计一种在大多数操作状态下不会引起系链变得扭转的WPV是可能的。然而，在非常平静的海洋中，或者在波涛汹涌的海洋中，在展开的过程中，系链可能变得扭转。扭转的系链产生不想要的拖曳。因此，对于WPV，包括用于确定系链是否被扭转的装置是理想的。这些WPV可以可选择地具有下面的特征中的一个或更多个。
C1系链包括至少一个标识符，例如可以通过合适的设备识别的标记(例如，每个侧面具有不同的颜色，或者只沿着一个侧面的条纹)，并且，漂浮物或浮子包括或这两者都包括这些合适的设备，例如安装在漂浮物上或浮子上的静物照相机或摄像机(still or video camera)，该静物照相机或摄像机可以检测标识符以确定系链是否被扭转，并且例如通过无线电将检测结果传送给观察者。
C2用于确定系链是否被扭转的装置包括至少两个罗盘仪(compass)，该罗盘仪在竖直地间隔开的位置放置在WPV上。例如，一个罗盘仪可以放置在漂浮物上，另一个罗盘仪放置在浮子上，且至少一个其它的罗盘仪放置在沿着系链的某个地方(优选地不位于系链的中点)。在另一个例子中，只使用了两个罗盘仪，一个在漂浮物上且另一个在浮子上，并且基于连续的过程来监测罗盘仪，以记录相对于地球磁场的转动的总量。每个罗盘仪将转动报告给控制器，并且该控制器将两者进行比较以确定是否已经发生了扭转。此系统的益处是只使用两个罗盘仪，并且将它们放置在已经存在有电子设备的位置。
C3漂浮物和浮子包括探测和报告漂浮物和浮子的相对转动的设备。
C4视速度如何被影响，WPV可以有意地引起一个或更多个扭转，然后随着使速度优化的扭转的数量而继续引起扭转，这个过程可以被假设为在系链没有扭转时进行。如果WPV包括波浪特征传感器、风传感器以及水速度传感器，以便它可以确定在观察状态下的预期的速度，则该过程可以出现在速度小于预期速度的情形之后。
D.本发明的第四优选方面的详细描述
本发明的第四优选方面与包括用于在系链已经变得扭转时解开系链的装置的WPV有关。此种WPV可以可选择地具有下面的特征中的一个或更多个。
D1用于解开系链的装置包括位于漂浮物上的马达驱动的推进器(motor-driven thruster)，该推进器可以使漂浮物旋转并且解开系链。
D2用于解开系链的装置包括位于漂浮物的前面的可伸缩的鳍板。该鳍板在正常情况下为缩回的，但是可以被展开，以在漂浮物的前面产生拖曳；这引起漂浮物转动180°；该鳍板随后缩回，并且位于漂浮物的后面的鳍板引起漂浮物继续转动另一个180°。
D3用于解开系链的装置包括马达驱动的转动耦合装置，其位于系链和漂浮物的接合点，或者位于系链和浮子的接合点，或者位于系链的中间点。如果系链包括电气线路，则该转动耦合装置优选地包括线路中的断裂(break)，例如可以通过滑动接触的滑环或通过在转动的整个过程中不保持电气接触而只在每次旋转的一个点保持电气接触的装置实现。马达驱动的转动耦合装置可以包括传动的电力马达(geared electrical motor)，该传动的电力马达与转动接合点成直线或靠近于转动接合点，并且能够相对于漂浮物或浮子转动缆索。当马达不被驱动时，它可以包括制动器或其它装置以防止转动接合点移动，以便减小关于滑动电气接触的磨损。
E.本发明的第五优选方面的详细描述
本发明的第五优选方面与包括压敏连接的WPV有关，其中该压敏连接被过大的水压力触发。此种WPV可以可选择地具有下面的特征中的一个或多个。
E1该压敏连接包括缸内的带有径向密封件的活塞，并且围起一个空气室。该室内的空气压力以及螺旋弹簧推动活塞延伸。在延伸位置，该活塞防止闩锁件或其它机械元件允许缆索释放。水压力推动活塞缩回。在缩回位置，该活塞允许闩锁件或其它机械元件释放。
E2压敏连接位于漂浮物和系链的接合点。
E3该压敏连接包括孔和销钉，该孔在系链的抗拉构件中，该销钉穿过该孔，并且通过弹簧的释放而从孔中抽出。
E4当压敏连接处于深度为30英尺或更深，例如处于50英尺或更深，或者处于30英尺到90英尺之间的所选的深度时，该压敏连接被触发。
E.本发明的第六优选方面的详细描述
本发明的第六优选方面与其系链通过双轴的万向接头固定到漂浮物和/或固定到浮子的WPV有关，该双轴的万向接头在漂浮物/浮子前后颠簸或滚动时枢轴转动，而在漂浮物/浮子左右摇摆时不枢轴转动。这引导系链保持与漂浮物对齐，并因此减小系链扭转的趋势。万向接头可以包括彼此成直角的两个铰链，而来自系链的抗拉载荷通过铰链传递到漂浮物或浮子。系链的任何电气元件被布设在万向接头周围或穿过万向接头布设，以便它们不承受抗拉载荷，并且以与它们的弯曲能力和疲劳强度一致的控制方式弯曲。
F.本发明的第七优选方面的详细描述
本发明的第七优选方面与WPV有关，其中，系链通过弹性元件连接到漂浮物或连接到浮子或连接到漂浮物和浮子两者，该弹性元件可以吸收在系链从松弛状态转换到承载状态时产生的突发性载荷。
现在参照附图，图1展示了并入了本发明的第一方面的WPV。该WPV由漂浮物1、系链2和浮子3构成。该漂浮物包括主体11以及穿过主体11并通过枢轴接头固定到主体11的柱12。因此，该柱12提供上部构件121以及下部构件122。虚线展示了在漂浮物由于波浪运动而前后颠簸时漂浮物的轮廓。然而，柱12不跟随漂浮物的前后颠簸。浮子被展示为位于漂浮物的正下方，同时系链是竖直的。在实践中，浮子将倾向于在漂浮物的前部，并且如果需要保持上部构件竖直，则底部构件可以以一合适的角度，例如大约5°与上部构件成向前的角度。
图2为穿过依据本发明的第二优选方面的缆索的横截面。该横截面是按比例绘制的，并且该横截面的翼长可以为例如0.8到1.5英寸。该缆索包括抗拉构件21、由编织的聚合物套管221围绕的带状电缆22，以及流线型的聚合物包壳23。抗拉构件21可以例如为0.09375英寸直径的、7×7构造的316不锈钢钢索。带状电缆22可以例如包括多个，例如14个22AWG镀锡铜线，每个镀锡铜线被氟化乙丙烯(FEP)装置围绕。编织的套管221可以例如包括凯夫拉线股(Kevlar strand)。聚合物包壳21可以例如包括具有邵氏硬度A 80硬度计(Shore A 80Durometer)的海洋级的聚氨基甲酸酯(marine grade polyurethane)。
图3为穿过依据本发明的第二优选方面的另一个缆索的横截面。该横截面是按比例绘制的，并且该横截面的翼长可以为例如0.8到1.5英寸。缆索包括抗拉构件21、多个，例如8个导体22，每个导体22被编织的不锈钢套管围绕，以及包括流线型的聚合物包壳23。抗拉构件21和包壳23可以例如为如图2中所描述的那样。导体中的每一个可以为例如20AWG镀锡铜线。
图4为依据本发明的第二优选方面的另一个缆索的透视图。该缆索包括两个抗拉构件21、带状电缆22以及聚合物包壳23。特定地，当该抗拉构件在载荷下易于显著地拉伸时，例如当它为合成纤维绳，例如包括Vectran的合成纤维绳时，优选地，每个抗拉构件被合适的聚合物材料例如聚四氟乙烯的管道围绕，以便它可以拉伸并且独立于缆索的剩余部分而转动。
图5为依据本发明的第二优选方面的另一个缆索的透视图。该缆索包括两个抗拉构件21、两个缆索22、后缘构件24、编织的套管221，以及聚合物包壳23，其中，每个缆索22包括多个各自绝缘的电气导体，而编织的套管221围绕部件21、22和24。抗拉构件21例如可以为如上文描述的那样。每个缆索22可以例如包括螺旋地围绕合成纤维绳的四个各自绝缘的铜合金导体，所有的铜合金导体都被另一层绝缘体和/或编织的线路防护物例如铜或不锈钢围绕。该编织的套管221可以例如为包括金属或聚合物组合物，例如凯夫拉或尼龙。后缘构件24可以例如为金属或合成纤维绳；其不承受载荷，但是有助于在处理和使用的过程中保持缆索的结构整体性。
图6为驱动的转动耦合装置的横截面图，而图7为该驱动的转动耦合装置的透视图，其中该驱动的转动耦合装置可以被用在本发明的第四优选方面中。这些图展示了在驱动的转动耦合装置6处终结的系链2。系链中的电气导体通过电气连接区域101中的焊接接缝(solderjoint)连接到出口电气线路100，其中电气连接区域101被填充有封装化合物(未示出)以及滑动接触的滑环102。系链中的抗拉构件在位置103处终结。耦合装置包括外壳61以及传动马达62，该传动马达62的输出端被固定到外壳61，并且该传动马达61的主体被固定到中心柱。该耦合装置包括输出空心轴63、载荷承载轴承64、塑料衬套和主刮水器(primary wiper)65、主密封件66以及副密封件67。
图8-10示出了用在本发明的第五优选方面中的压敏连接7。该压敏连接7安装在固定到漂浮物的底板8上。该连接包括压力致动缸71、闩锁杆72以及铰链销钉73。系链的抗拉构件21在孔和销钉处终结。闩锁杆72支撑孔和销钉，并且允许孔和销钉两者在压力活塞压缩空气室时自由拉动。

Claims (21)

1.一种漂浮物，其漂浮在水中，并且其包括：
(1)主体；
(2)上部构件，其固定到所述主体，并且从所述主体向上延伸，以及
(3)控制装置，其用于控制以下各项中的至少一个：
(a)所述上部构件相对于所述主体的方向，以及
(b)所述上部构件的构型。
2.如权利要求1所述的漂浮物，其中
(a)当所述漂浮物漂浮在静止的水中时，所述上部构件具有相对于水的静止方向，且
(b)当所述漂浮物漂浮在带有波浪的水中时，所述控制装置减少所述上部构件从所述静止方向离开的运动。
3.如权利要求2所述的漂浮物，其中
(a)所述上部构件被转动地固定到所述主体，
(b)所述控制装置包括下部构件，所述下部构件
(i)被固定到所述主体，
(ii)从所述主体向下延伸，
(iii)被连接到所述上部构件，且
(iv)当所述漂浮物处于带有波浪的水中时，在所述漂浮物处在水中并且受到波浪运动的作用时，引起所述上部构件相对于所述主体转动。
4.如任一在先权利要求所述的漂浮物，其中，所述上部构件具有可以被改变的高度。
5.如权利要求4所述的漂浮物，其中，所述上部构件为可伸缩的，和/或可以折叠和展开。
6.如任一在先权利要求所述的漂浮物，其中，所述上部构件承载一个或更多个配件，该一个或更多个配件从组成为摄像机、无线电天线、无线电发射器、无线电中继器、气象传感器、信号灯以及用于检测大气和海洋之间的热量和气体流量的传感器的组中选出。
7.一种WPV(如前文所定义的)，其中，所述漂浮物为如任一在先权利要求中定义的漂浮物。
8.一种缆索，其
(a)具有横截面，所述横截面
(i)具有从0.5到3.0英寸的翼长，且
(ii)包括引导边缘部分和后缘部分，所述引导边缘部分包括所述横截面的最大宽度，所述最大宽度为从0.1到1.0英寸，并且至多为所述横截面的翼长的0.5倍，且
(b)包括：
(1)细长的抗拉构件，其在所述缆索处于张力下时承载载荷，以及
(2)至少一个附加的细长构件，其在所述缆索处于张力下时不承载载荷，以及
(3)包壳，其提供所述缆索的外表面。
9.如权利要求8所述的缆索，其中，所述抗拉构件为所述引导边缘的一部分；所述横截面具有0.8到1.5英寸的翼长以及至多为翼长的0.5倍的最大宽度；并且所述后缘部分是锥形的。
10.如权利要求8或9所述的缆索，其带有标记，所述标记使得所述缆索能被检测，以确定其是否被扭转。
11.如权利要求8-10中任一权利要求所述的缆索，其进一步包括从绝缘的所述包壳以间隔开的间距延伸的鳍板。
12.一种WPV(如前文所定义的)，其中，所述系链包括如权利要求8-11中任一权利要求定义的缆索，所述缆索被对齐，以便它的引导边缘部分被向着所述WPV的前面引导。
13.一种WPV(如前文所定义的)，其中，所述系链通过双轴的万向接头固定到所述漂浮物，所述双轴的万向接头在所述漂浮物前后颠簸或滚动时枢轴转动，而在所述漂浮物左右摇摆时不枢轴转动。
14.如权利要求13所述的WPV，其中，所述系链通过双轴的万向接头固定到浮子，所述双轴的万向接头在所述浮子前后颠簸或滚动时枢轴转动，而在所述漂浮物左右摇摆时不枢轴转动。
15.一种WPV(如前文所定义的)，其包括用于确定所述系链是否被扭转的装置。
16.如权利要求50所述的WPV，其中，所述系链包括标记，所述标记可以通过电磁检测被识别，并且所述漂浮物包括用于检测所述系链上的标记的装置。
17.一种WPV(如前文所定义的)，其包括用于在所述系链被扭转时解开所述系链的装置。
18.如权利要求17所述的WPV，其中，用于解开所述系链的所述装置包括马达驱动的转动耦合装置。
19.一种WPV(如前文所定义的)，其中，所述系链通过弹性元件连接到所述漂浮物或连接到所述浮子或连接到所述漂浮物和所述浮子两者，所述弹性元件可以吸收在所述系链从松弛状态转换到承载状态时产生的突发性载荷。
20.一种WPV(如前文所定义的)，其包括压敏连接，当所述连接上的水压力实质上超过在正常使用状态下所述连接上的水压力时，所述压敏连接引起所述系链从所述漂浮物分离或从所述浮子分离，或者引起所述系链断裂。
21.一种WPV(如前文所定义的)，其包括放置在水平面以上不同高度的二氧化碳传感器。
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