CN104787297B - 一种用于海洋环境监测的系留气球系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海洋环境监测的系留气球系统。使用本发明能够固定漂浮在海上实现监测，且稳定性能好，且易于海上运输、安装及回收。本发明利用张力腿平台将系留气球限制在一定范围内浮动，系留气球未上升至预定高度时，压缩气囊中存储的气体产生的浮力可以保证张力腿平台正常工作，系留气球上升至预定高度开始监测时，系留气球的升力提供张力腿平台稳定所需的张力，从而省去了浮筒的设计，同时，张力腿平台受到向上的牵引力也能够减小横向波浪载荷对承台的影响，增强承台的稳定性。此外，压缩气囊可用于存储一定量的氦气，使得系留气球高度降低，便于系留气球的维修和回收，减少维修和回收难度，并实现了系留气球中氦气的循环利用。

Description

一种用于海洋环境监测的系留气球系统

技术领域

本发明涉及海洋环境监测技术领域，具体涉及一种用于海洋环境监测的系留气球系统。

背景技术

随着陆地资源的日益枯竭，海洋资源的探测和开发受到人们越来越多的关注。由于飞机和卫星的成本较高，且与天气情况联系密切，如何以较低成本和较高的经济效益将仪器设备布置在海洋中将成为未来探索的新方向。系留气球作为一种稳定可靠的浮空平台，可以在时间和空间上填补飞机和卫星的空白，非常适合搭载各类电子仪器设备，在军事和民用方面都具有广泛应用前景。由于其具有留空时间长、覆盖面积大、能耗低、便于拆收、机动性强的特点，可应用于气象预报、飞行器监测、广播通讯、地形测绘、低空预警、边海防的空中监测以及反恐监测等方面。

现有系留气球均锚泊在陆地上，通过系留缆绳与地面固定，其探测范围仅限于陆地和沿海，在监测范围方面具有很大的局限性；如果想要将系留气球应用在海上，则首先需要解决固定问题。海面作业采用的张力腿平台可以通过张力腿钢索固定，但是，目前的张力腿平台的张力多由安装在张力腿平台的承台下方的浮筒产生的浮力提供，浮筒在一定程度上增大了波浪海流的受力面积，从而在一定程度上会导致波浪海流载荷的增加，进而影响平台系统的稳定性；并且，现有技术水平对于系留气球的维修和回收成本高昂且存在一定的施工难度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于海洋环境监测的系留气球系统，能够固定漂浮在海上实现监测，且稳定性能好，且易于海上运输、安装及回收。

本发明的系留气球系统包括系留气球球体、检测设备、系留缆绳、压缩气囊和张力腿平台。

其中，张力腿平台包括承台、张力腿钢索和吸力式基础，吸力式基础固定安装在海底泥面，承台通过张力腿钢索与吸力式基础连接。

检测设备安装在系留气球球体的内部；系留气球球体通过系留缆绳与张力腿平台的承台连接，其中，系留缆绳连接在承台的几何中心上；压缩气囊固定安装在张力腿平台的承台的下方。

初始状态时，压缩气囊的内部预充有一定量的氦气，能够使张力腿平台的承台漂浮在海平面上；系留气球球体内部预先充有一定量的氦气，使得气流球体漂浮在预设的初始高度。压缩气囊通过双向抽气系统能够将压缩气囊内的氦气充入系留气球球体中，或者是将系留气球球体中的气体充入压缩气囊中。当压缩气囊内的氦气全部充入系留气球球体中时，系留气球球体恰好充满，即上升至预定高度且能够处于稳定的浮空状态，且系留气球球体的浮力可为张力腿平台的张力腿钢索提供足够的拉力，使得张力腿钢索处于张紧状态，此时，压缩气囊内无氦气，压缩气囊变为扁平，从而减少波浪海流载荷的受力面积，减少波浪海流载荷对系留气球系统的影响，系留气球系统受波浪海流载荷和风力的作用，可在一定范围内浮动，但整个系统处于稳定状态。

准备回收系留气球系统时，系留气球球体内的部分氦气通过抽气系统充入压缩气囊中，系留气球系统回到初始状态，系留气球球体即可下降到初始高度，从而可以减少牵引和回收的难度。

此外，还可以系留气球球体的上表面安装太阳能板，用于将太阳能转换成电能，为安装在系留气球球体内部的检测设备供电。

有益效果：

本发明利用张力腿平台将系留气球限制在一定范围内浮动，张力腿平台的安装过程是海洋平台的成熟安装方式，并且维持张力腿平台稳定所需的张力由系留气球的升力提供，省去了浮筒的设计，大大减小了平台与海水的接触面积，从而减小了波浪海流载荷，适当体积的气球即可使张力腿平台只能在极小范围内摆动，保证了锚泊系统的稳定性。同时，张力腿平台受到向上的牵引力也能够减小横向波浪载荷对承台的影响，增强承台的稳定性。此外，压缩气囊可用于存储一定量的氦气，使得系留气球高度降低，便于系留气球的维修和回收，减少维修和回收难度；气球回收与设备保养时，压缩气囊中存储的气体产生的浮力可以保证张力腿平台正常工作，并实现了系留气球中氦气的循环利用。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

其中，1-系留气球球体，2-太阳能板，3-检测设备，4-系留缆绳，5-三角架式承台，6-压缩气囊，7-张力腿钢索，8-吸力式基础，9-海底泥面。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于海洋环境监测的系留气球系统，如图1所示，采用三角形张力腿平台作为锚泊系统与系留气球连接，从而将系留气球限制在一定范围内浮动。系留气球球体1的上表面装载在太阳能板，监测设备4装载在系留气球球体1的内部。

本发明的实施主要包含四个阶段，即系留气球的准备、施放、浮空和回收阶段。在准备阶段中，采用负压沉贯安装吸力式基础8，将一端已连接在吸力式基础8上的张力腿钢索7的另一端连接至三角架式承台5上，并按预定长度固定，通过向压缩气囊6充入一定体积的氦气使三角架式承台5漂浮在海面上，系留气球球体1的气囊处于半充满状态，并通过系留缆绳4连接至三角架式承台5，太阳能板2和监测设备区3已装载完毕，且设备经过测试能够正常运行；在施放阶段中，通过抽气装置将压缩气囊6中的氦气导入系留气球球体1中至其恰好充满，即上升至预定高度且能够处于稳定的浮空状态，并且其浮力可为三角架式承台5提供足够的拉力，使张力腿钢索7处于张紧状态；在浮空阶段中，受到波浪海流载荷和风力作用，系留气球系统可在一定范围内浮动，整个系统处于稳定状态；在回收阶段中，通过抽气装置将系留气球球体1中的部分氦气导入压缩气囊6中(气囊提供的浮力能够使三角架式承台5漂浮在海面上)，使气球下降到预定高度并进行牵引和回收。

本发明专利系统构造合理、便于海上运输与现场安装作业、易于回收和维修，能够达到简化施工操作工序、减小波浪海流载荷、循环利用氦气的目的。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于海洋环境监测的系留气球系统，其特征在于，包括：系留气球球体(1)、检测设备(3)、系留缆绳(4)、压缩气囊(6)、双向抽气系统、通气管道和张力腿平台；所述张力腿平台包括承台(5)、张力腿钢索(7)和吸力式基础(8)，吸力式基础(8)固定安装在海底泥面(9)，承台(5)通过张力腿钢索(7)与吸力式基础(8)连接；

检测设备(3)安装在系留气球球体(1)；系留气球球体(1)通过系留缆绳(4)与张力腿平台的承台(5)连接；压缩气囊(6)固定安装在张力腿平台的承台(5)的下方；压缩气囊(6)与系留气球球体(1)之间设有通气管道，压缩气囊(6)通过双向抽气系统将系留气球球体(1)中的氦气充入压缩气囊(6)中，或者是将压缩气囊(6)内的氦气充入系留气球球体(1)中；

压缩气囊(6)的容积至少是其充满氦气时产生的浮力能够使承台(5)漂浮在海面上；预设在压缩气囊(6)内的氦气和系留气球球体(1)内的氦气的气体量总和至少能够使得系留气球球体(1)充满，上升至预定高度且能够处于稳定的浮空状态，且牵引张力腿钢索(7)处于张紧状态。

2.如权利要求1所述的用于海洋环境监测的系留气球系统，其特征在于，所述系留气球球体(1)的上表面安装有太阳能板(2)，用于检测设备(3)供电。

3.如权利要求1所述的用于海洋环境监测的系留气球系统，其特征在于，初始状态时，压缩气囊(6)的内部预充有一定量的氦气，能够使张力腿平台的承台漂浮在海平面上；系留气球球体(1)内部预先充有一定量的氦气，使得气流球体漂浮在预设的初始高度；

准备监测时，通过双向抽气系统将压缩气囊(6)内的氦气全部充入系留气球球体(1)中，系留气球球体(1)被充满，上升至预定高度且能够处于稳定的浮空状态，且系留气球球体(1)的浮力为张力腿平台的张力腿钢索(7)提供拉力，使得张力腿钢索(7)处于张紧状态；

准备回收系留气球系统时，通过双向抽气系统将系留气球球体(1)内的部分氦气充入压缩气囊(6)中，系留气球球体(1)和压缩气囊(6)回到初始状态。