CN102050207A - 一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台，仪器挂载杆1焊接在水上仪器挂载架上段2上，水上仪器挂载架上段2与水上仪器挂载架下段4通过连接法兰3用螺栓进行连接，仪器挂载装置5、6、15、仪器安装装置16通过横杆用螺栓连接在水上仪器挂载架上；电源舱8用螺栓固定与电源舱固定架9上，将连接好的水下仪器挂载杆和电源舱及固定架用螺栓固定在主浮体架14下端，浮筒13用螺栓固定于主浮体架14上，锚链通过吊环与做底锚10进行连接。本发明将水面测量平台设计成为一种框架式结构，保证整个测量平台固有强度的同时，能够减轻平台的重量，减小风流浪涌对平台的阻力作用，从而很好的解决了测量平台的随波性问题。

Description

一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台 

技术领域

本发明应用于中高海况、可搭载多种组合测量仪器，尤其涉及一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台。 

背景技术

气候变化是当前世界性最为关注的重要科学问题之一，而在气候变化中，海洋是关健因子，海气界面的动量、热量和水汽交换是联系海洋和大气的重要桥梁，是进行海洋与大气间能量转换的重要机制，是影响全球气候变化的重要过程。因此，准确获得海气界面动量、热量、水汽通量以及长波和短波辐射资料是深入研究全球气候变化过程的重要手段。 

我国是世界上海洋灾害最严重的国家之一。建设现代化的海洋环境保障体系，是提升灾害监测、预报警报和灾害评估能力，有效减轻海洋灾害损失的重要举措。对海上能源通道区和影响我国气候变化的某些关键海域形成连续监测能力，就可以较大幅度提高风暴潮、巨浪等预警能力，从而可以更有效的减小自然灾害对人民生命财产造成的损失。 

高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台就是在此背景下研究而成的一种平台，它能在高海况下(即风速小于30m/s，洋流4节以下)搭载测量设备测量某一特定海域海气通量相关参数(风速、风向、气温、 气压、湿度、降水、辐射等)和盐温深流。海气通量可以为模拟海洋或大气环流提供更为精确的初始边界条件，这对于海气耦合数值模式以及中小尺度的天气预报都是至关重要的。 

目前获取海气界面通量值的手段主要有：现场直接测量、数值模拟和卫星遥感。由于数值模式和卫星遥感估算的通量结果与实测值误差较大，现场直接测量方法更受关注。近年来，迫于全球气候变暖所带来的巨大压力，以及碳循环研究、海气耦合响应研究、上混合层动力学、海洋模式的发展、海洋微波遥感、水色卫星遥感和红外遥感精细测量技术发展的需要，迫切需求对海气界面关键物理过程及其派生物进行系统的观测研究。然而目前国内还尚未有针对中高海况海气通量参数实时监测的水面平台，所以适应中高海况、多组合式海气通量测量平台的研制对我国海洋事业的发展具有很强的必要性和紧迫性，测量平台的建设将获取海气通量相关的丰富的第一手资料，提升我国海气通量观测技术水平，为海气界面大气波导和海洋数值模式预报等提供较客观的海气界面通量信息，服务于海洋事业和维护国家海洋权利。 

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台，能够长时间在无人状态下稳定的工作。 

为解决上述存在的技术问题，本发明采用的技术方案为： 

该一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台包括仪器挂载杆1、水上仪器挂载架上段2、连接法兰3、水上仪器挂载架下段4、 仪器挂载装置5、6、7、15、仪器安装装置16、电源舱8、电源舱固定架9、做底锚10、锚链11、尼龙绳索12、浮筒13、主浮体架14；其中，仪器挂载杆1焊接在水上仪器挂载架上段2上，水上仪器挂载架上段2与水上仪器挂载架下段4通过连接法兰3用螺栓进行连接，仪器挂载装置5、6、15、仪器安装装置16通过横杆用螺栓连接在水上仪器挂载架上，上述结构总体称为水上仪器挂载架；电源舱8用螺栓固定与电源舱固定架9上，将连接好的电源舱及电源舱固定架用螺栓与水下仪器挂载杆进行连接，将连接好的水下仪器挂载杆和电源舱及固定架用螺栓固定在主浮体架14下端，5个浮筒13用螺栓固定于主浮体架14上，尼龙绳索12的下端与锚链11通过卸扣进行连接，上端通过卸扣与主浮体架的3个相应位置进行连接，锚链通过吊环与做底锚10进行连接。 

本发明的有益效果： 

本发明将水面测量平台设计成为一种框架式结构，框架结构可以在保证整个测量平台固有强度的同时，能够减轻平台的重量，减小风流浪涌对平台的阻力作用，从而很好的解决了测量平台的随波性问题，也大大的提高了测量平台的稳定性；在框架结构的测量平台主体上下两端各连接有水上仪器挂载架和水下仪器挂载架，用于挂载各种水上、水下测量仪器，增加了测量平台的适用性；测量平台的水下仪器架下端连接有电源舱，内装有可持久用电源及控制装置，用于给整个水面测量平台的各种仪器提供能源，保持各种仪器可以长时间、稳定的工作；整个测量平台被座底锚系系留在工作海域，座底锚可以很好的将水面平台系留在 固定位置上，使平台可以在工作海域定点、持续、稳定的工作，避免平台随波漂离工作海域的情况发生，为测试人员提供真实、可靠、准确、稳定的实时数据提供了保证。 

本发明通过水上仪器挂载架、主浮体、浮筒组、水下仪器挂载架、电源舱及固定架、锚系组形成一个平台系统，可通过调整浮筒组的浮力、锚系点的选择等接口形式及尺寸，满足各种不同水深、风流浪条件； 

本发明的特点之一是框架式机构，框架式结构不仅重量轻，而且可以在保证系统强度的同时，减小风浪对系统造成的阻力，使系统的实用型增强。 

本发明的主要特点之二可以根据海域环境来调整平台浮体的浮力配置，使之适应外界风流浪条件，保持在正常状态下持续工作，增强了其适用性。 

本发明在主要特点之三为仪器可实现多组合搭配，无需更改任何结构，只需在平台的水上、水下仪器挂载架上套装仪器安装装置，即可根据仪器的不同接口，提供仪器的安装，增加了整套平台的实用型和适用性。 

附图说明

图1-本发明的水面平台总体结构示意图； 

图中：1-仪器挂载杆  2-水上仪器挂载架上段  3-连接法兰4-水上仪器挂载架下段  5-仪器挂载装置  6-仪器挂载装置7-水下仪器挂载架  8-电源舱  9-电源舱固定架  10-座底锚 11-锚链  12-尼龙绳索  13-浮筒  14-主浮体架  15-仪器挂载装置  16-仪器安装装置 

具体实施方式

首先，将焊接好仪器挂载杆1的水上仪器挂载架上段2通过连接法兰2用螺栓连接在水上仪器挂载架下段4上，仪器挂载装置5、6、15及16均通过加固过的横杆用螺栓连接在水上仪器挂载架上，构成水上仪器挂载架，在水上仪器挂载架上架装要试验的测量仪器；其次，将电源舱8用螺栓固定与电源舱固定架9上，然后将连接好的电源舱及电源舱固定架用螺栓与水下仪器挂载杆进行连接，构成水下仪器挂载架，在水上仪器挂载架上架装要试验的测量仪器；再次，将尼龙绳索12的下端与锚链11通过卸扣进行连接，锚链通过吊环与做底锚10进行连接，构成锚系组。最后，将连接好的水上仪器挂载架的下端用螺栓与主浮体组的上端进行连接，将水下仪器挂载架上端用螺栓与主浮体组的下端进行连接，5个浮筒13用螺栓固定于主浮体架14的相应位置，整个浮水面平台完成预安装，此时可以将平台放入水中，用船只拖运至工作海域，到达工作海域后，先将锚系组投放至工作地点，然后通过卸扣将锚系组与主浮体架的相应位置进行连接，完成整个水面平台的安装。 

本发明按照功能分为水上仪器挂载架、主浮体、浮筒组、水下仪器 挂载架、电源舱及固定架、锚系组等几个部分。水上仪器挂载架的作用是为水上测试仪器提供挂载接口，上面可以连接各种测试仪器，并可以提供稳定、可靠的工作环境，根据测量系统要求及仪器挂载高度的要求，水上仪器挂载架的总高度Hu＝6m，水上仪器挂载架为桁架式结构，桁架式结构在保证挂载架强度的同时，可以减小整个挂载架的重量，减小工作海域风流浪对水面平台的阻力，从而减小了由于风浪对水面平台造成的过大弯矩，大大提高了水面平台的适用性；另外，采用桁架式结构还可以为测试仪器提供理想的工作高度，使仪器可以在距离水面的任何特定高度、特定角度(相对于大地坐标系)进行架装，方便了测试人员的数据采集。主浮体架是水面平台的中心组成机构，是水面平台的主要承力部件，设计成为正五边形带五圆柱式框架结构，根据平台的相关设计参数、强度设计要求、稳定性要求，五边形的外接圆直径约为Φ＝2.5m，每个圆柱筒体的直径Φ＝170mm，壁厚δ＝10mm，高度H＝2.5m，两边封头，此种框架式结构在为平台提供一定浮力的同时，可以有效减小波浪对平台的作用面积，波浪可以从框架结构中空的位置无障碍通过，从而减小波浪载荷对平台姿态的影响。浮筒组由5个单独的圆柱形分浮体组成，单个分浮体的尺寸如下：直径Φ＝400mm，壁厚δ＝8mm，长度L＝980mm，浮体组的作用主要是为整个平台提供足够的浮力，浮筒组采用分体浮筒的目的也是有效的减小波浪对平台的作用面积，减小波浪载荷对平台的不利影响，如有必要，还可在主浮体上装配五个薄壁圆柱筒体体，长度与主浮体上的圆柱体长度一致，直径一致，壁厚为δ＝8mm 如此可以通过附加浮筒浸入水中的体积，控制整个平台的浮力，保证平台在水中的姿态；水下仪器挂载杆为一圆柱形薄壁体，尺寸如下：直径Φ＝400mm，壁厚δ＝10mm，长度L＝6m，水下仪器挂载杆及电源舱、电源舱固定架的主要作用是为水下测量仪器(如CTD、ADCP等仪器)提供安装接口和配置平台的稳定性。锚系组的作用是为整个水面平台提供足够的负浮力，使平台可以系留于工作海域，避免由于平台漂离预定工作海域造成采集的数据失真，锚系点经过理论计算，设计在主浮体下3m处(自主浮体上平面算起)，采用三点系留方案，与单点系留于平台最下端相比，三点系留可以有效的防止锚链及钢丝绳与主浮体发生缠绕，并能够使平台始终保持一个比较稳定的状态，使平台摇晃的角度始终在允许的范围内，达到指标要求。 

通过试验表明，本装置可以有效的释放，工作，并能显著的适应中高海况下的外界条件，为我国建设现代化的海洋环境保障体系，提升灾害监测、预报警报和灾害评估能力，有效减轻海洋灾害损失提供了有利的支持。 

Claims (6)

1.一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台包括仪器挂载杆(1)、水上仪器挂载架上段(2)、连接法兰(3)、水上仪器挂载架下段(4)、仪器挂载装置A(5)、B(6)、C(7)、D(15)、仪器安装装置(16)、电源舱(8)、电源舱固定架(9)、做底锚(10)、锚链(11)、尼龙绳索(12)、浮筒(13)、主浮体架(14)；其中，仪器挂载杆(1)焊接在水上仪器挂载架上段(2)上，水上仪器挂载架上段(2)与水上仪器挂载架下段(4)通过连接法兰(3)用螺栓进行连接，仪器挂载装置A(5)、B(6)、D(15)、仪器安装装置(16)通过横杆用螺栓连接在水上仪器挂载架上，上述结构总体称为水上仪器挂载架；电源舱(8)用螺栓固定与电源舱固定架(9)上，将连接好的电源舱及电源舱固定架用螺栓与水下仪器挂载杆进行连接，将连接好的水下仪器挂载杆和电源舱及固定架用螺栓固定在主浮体架(14)下端，浮筒(13)用螺栓固定于主浮体架(14)上，尼龙绳索(12)的下端与锚链(11)通过卸扣进行连接，上端通过卸扣与主浮体架进行连接，锚链通过吊环与做底锚(10)进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台，其特征在于：浮筒为5个，每个浮筒的直径Φ＝400mm，壁厚δ＝8mm，长度L＝980mm。

3.根据权利要求1所述的一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台，其特征在于：尼龙绳索(12)的上端通过卸扣与主浮体架的3个对应位置进行连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台，其特征在于：通过调整浮筒的浮力和锚系点来适应不同水深、风流浪条件。

5.根据权利要求1或2所述的一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台，其特征在于：主浮体上装配五个薄壁圆柱筒体，长度与主浮体上的圆柱体长度一致，直径一致，壁厚为δ＝8mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种适应中高海况、多组合式的低阻力框架式水面平台，其特征在于：水下仪器挂载杆为一圆柱形薄壁体，尺寸如下：直径Φ＝400mm，壁厚δ＝10mm，长度L＝6m。

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