CN104986311A - 一种低噪声高航速大深度水下无动力上浮试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，包括非水密外壳体、由多个耐压空心浮球和浮球外框架组成的浮力装置、电子舱、释放机构及艉部承力杆；所述非水密外壳体由艏端、平行舯体和艉部组成；多个耐压空心浮球嵌固于浮球外框架上，浮球外框架固定于平行舯体的内部；电子舱通过法兰固定于艉部内，所述电子舱内装载有传感器及数据采集装置，所述电子舱外装载有深度传感器；艉部承力杆一端固连于电子舱上，另一端与外壳体的艉部的末端固连；所述释放机构由重物和释放器组成，重物通过释放器与艉部承力杆的另一端连接。本发明试验平台可以作为水下结构流激近场及远场噪声的试验验证平台。

Description

一种低噪声高航速大深度水下无动力上浮试验平台

技术领域

本发明属于水下航行器水动力噪声控制技术领域，特别涉及一种低噪声高航速大深度水下无动力上浮试验平台。

背景技术

航行器在空中或水下高度航行时，由于流体激励的影响，往往会产生强烈的振动，发出较大的低频声音，不仅破坏自身隐蔽性，还会损坏结构件。低成本低噪声高速上浮平台对验证设计方法，改进航行器流体激励振动噪声的控制措施具有重要意义。

一般的水下试验平台采用拖曳或自航模形式，但对于以水下低频噪声为试验内容的试验平台来说，采用水池拖曳方式时由于水池低频消声效果差得不到低频自由声场的试验结果；采用外场拖曳方式，则拖曳系统包括缆绳的振荡、绞车的机械噪声等引起的噪声对试验结果产生较大影响；采用自航模的形式，则动力系统的噪声往往超过了流激噪声的量级。因此拖曳或自航模形式不可行，需要采用自由浮体为平台的形式进行水下上浮试验，将设计结果及其效果进行验证。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低成本、低噪声、高航速、大深度的水下无动力上浮试验平台，该平台可以作为水下结构流激近场及远场噪声的试验验证平台。

实现本发明的技术方案如下：

一种低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，包括非水密外壳体、由多个耐压空心浮球和浮球外框架组成的浮力装置、电子舱、释放机构及艉部承力杆；

所述非水密外壳体由艏端、平行舯体和艉部组成；多个耐压空心浮球嵌固于浮球外框架上，浮球外框架固定于平行舯体的内部；电子舱通过法兰固定于艉部内，所述电子舱内装载有传感器及数据采集装置，所述电子舱外装载有深度传感器；艉部承力杆一端固连于电子舱上，另一端与外壳体的艉部的末端固连；所述释放机构由重物和释放器组成，重物通过释放器与艉部承力杆的另一端连接。

本发明还包括艉部配置块，所述艉部配置块位于外壳体的艉部内，所述艉部承力杆的另一端穿过所述艉部配置块与外壳体的艉部的末端固连；可以调整艉部配置块的重量，进而调整整个上浮试验平台的最终上浮速度，实现不同速度下流激噪声的测试。

本发明所述艏端为近似椭球状，所述平行肿体为圆柱形，所述艉部为近似锥状。

本发明还包括安装于艉部的稳定翼，控制上浮姿态的稳定性。

本发明所述耐压空心浮球的材质为钢，利用钢球提供较大的浮力，是试验平台具有较快的上浮速度。

本发明所述重物上系有保护绳，通过它实现对试验平台从船上到水下的布放，以及对重物的回收。

本发明所述外壳体上刷有防腐漆，适应海洋环境下的试验条件，增强可靠性。

本发明所述外壳体内部敷设有阻尼材料，实现更低振动噪声背景。

有益效果

第一，本发明上浮试验平台的浮心靠上、重心靠下，重浮心距离较大，可以较好地保证上浮姿态；通过释放机构实现试验平台从大深度处自动上浮。

第二，本发明可以通过调整锥状艉部内的艉部配置块的质量，实现中低速度的上浮工况，作为高航速下的对比工况；可以通过加装艉部稳定翼的方法，控制上浮姿态的稳定性。

第三，本发明结构紧凑可靠，背景噪声低；加工和安装方式简单可靠，拆装方便，便于工况调整；采集数据齐全，便于后续分析；除外壳体外，大部分组成部件均有货架产品，成本低廉，环境适应性强。

附图说明

图1为本发明水下无动力上浮试验平台的结构示意图；

其中，1-金属外壳体艏端，2-金属外壳体平行舯体，3-耐压空心浮球，4-浮球外框架，5-电子舱，6-金属外壳体艉部，7-艉部承力杆，8-电子舱杯形管节，9-艉部配置块，10-释放器，11-重物，12-远场辐射噪声采集系统，13-保护绳。

具体实施方式

下面结合附图并列举实例对本发明做更详细地描述：

如图1所示，本发明一种低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，包括非水密外壳体、由多个耐压空心浮球3和轻质的浮球外框架4组成的浮力装置、电子舱5、释放机构及艉部承力杆7；

非水密外壳体为带有平行肿体的水滴型结构，其由近似椭球的艏端1、圆柱形平行舯体2和近似锥状的艉部6组成。其功能为提供一个低阻力、低噪声的外部线型，并为附体结构提供可以焊接或铆接的安装接口。

浮力装置由若干耐压空心浮球3和轻质的浮球框架4组成，多个耐压空心浮球3嵌固于浮球外框架4上，浮球外框架4固定于平行舯体2的内部；钢质的耐压空心浮球3的直径较外壳体圆柱段直径小约50mm，钢质的耐压空心浮球3的壳体厚度由试验平台工作的最大深度决定；由于钢质的耐压空心浮球的临界工作压力大，其可以提供较大的浮力。轻质的浮球框架4将钢球规律地嵌固在其中，轻质的浮球框架4自身通过安装螺栓与水滴型外壳体的圆柱段连接。浮力装置的传力途径为钢质空心浮球—轻质的浮球框架—外壳体。通过调整浮球位置及数量保证其所提供的浮心和浮力满足试验平台需求。

电子舱5通过法兰固定于外壳体的艉部6内。电子舱5内部装载有姿态传感器、速度传感器等用于记录试验平台的姿态、速度等信息，电子舱外装载有深度传感器，用于记录试验平台的深度信息。电子舱5内部还载有数据采集仪，用来对电子舱5内外的传感器(姿态、深度、速度、振动、近场噪声等)数据进行全程采集。

艉部承力杆7一端固连于电子舱5上，另一端与外壳体的艉部6的末端固连。

释放机构由重物11和释放器10组成，所述释放器较佳选用声学释放器；重物通过释放器10与外壳体的艉部6上的艉部承力杆7的另一端连接；重物11用于将试验平台带到湖底或海底，声学释放器10用于遥控释放重物，使得试验平台在浮力作用下上浮。重物11上系有保护绳13，便于试验平台向水下布放和重物13的回收。

本发明可以采用远场辐射噪声采集系统来实现对远场辐射噪声的测量；远场辐射噪声采集系统12由带有GPS定位功能的水声浮标阵组成，浮标阵采集的数据通过后处理可以给出自身位置、试验平台远场辐射噪声、试验平台上浮的轨迹；通过远场辐射噪声的测量，实现对水动力噪声声源级的推算。

大工作深度高航速原理：金属外壳体为非水密结构(含有小尺寸透水透气孔)，不承受大深度下的工作压力，浮力由钢质空心钢球提供。钢球的临界承载力是同等重量的所有几何结构中最大的临界承载力E杨氏模量，t为钢球厚度，r为钢球半径，ν为泊松比，因此钢球可以提供较大的浮力。以200米工作深度下的钢材Q235为例，其浮力系数F＝1-G_自重/G_排水量可达90％。这说明本试验平台在200米工作深度的时候，可以有相当大的浮力充当上浮动力(为排水量的90％)，使得试验平台可以达到较高的上浮速度。得益于这一“外壳体实现低阻低噪，浮力装置提供大深度下大浮力”思路，经试验验证，试验平台可以安全工作在200米深度以上，最后上浮达到匀速时可以保持15kn以上的上浮速度。

实施例1

一种低成本低噪声高航速大深度水下上浮试验平台见图1，包括：金属外壳体的艏端1，金属外壳体的平行舯体2，钢质的耐压空心浮球3，轻质的浮球外框架4，电子舱5，金属外壳体的艉部6，艉部承力杆7，电子舱杯形管节8，艉部配置块9，释放器10，重物11，保护绳13。若干个浮球3与轻质的浮球外框架4组合在一起组成浮力装置，为整个试验平台提供上浮动力。金属外壳体的艏端1、平行舯体2和艉部6组成低阻力低噪声的外壳体，待试对象(如附体结构等)可以安装在外壳体上进行试验。

外壳体上有透水透气孔及传感器线缆进出的安装孔。

电子舱5内部有姿态仪、数据采集仪等，电子舱5的外部有深度计，外部振动噪声等传感器信号通过杯形管节8引入到电子舱中进行采集。

配重9可以进行重量调整，进而调整整个上浮试验平台的最终上浮速度，实现不同速度下流激噪声的测试。

重物11，其水中重量略大于试验平台的净浮力。通过释放器10与平台相连。

保护绳13系在重物上，通过它实现对试验平台从船上到水下的布放，以及对重物的回收。

本发明还可以配备远场辐射噪声采集系统12，远场辐射噪声采集系统12有通过GPS自定位功能，并且可以采集水下辐射噪声数据。若干个远场辐射噪声采集系统12共同进行辐射噪声的测量，以全面测量试验平台不同方位的噪声。

本发明可以提供无动力条件下大工作深度高上浮速度的试验平台。加工安装方式简单可靠，采集数据齐全，能够得到远场辐射噪声，大部分组成部件均有货架产品，成本低廉。可以实现水下流激噪声计算方法和控制效果的验证。

具体使用方法如下：

(1)根据需要的上浮速度和外壳体外形的阻力系数，确定浮球数量。

(2)装配空心钢球和外框架，形成浮力装置。

(3)将浮力装置与外壳体装配。

(4)将待试对象装配到外壳体上。

(5)将传感器布放在待试对象及附近轻壳体内，将传感器信号线通过杯形管节引入到电子舱内。

(6)将电子舱与外壳体装配。

(7)将所需重量的艉部配置块与外壳体艉部装配。

(8)将略大于浮力的重物通过释放器与试验平台艉部承力杆相连。

(9)电子舱内数据记录仪开启工作，将试验平台连同重物通过保护绳放入水中，缓缓下降到水底，并通过手持或船载GPS记录上浮平台在水面的水平位置。

(10)将若干浮标以上浮平台在水面的投影为圆心进行布放，并通过各自的GPS接收机实时记录各自的坐标。

(11)用释放器的甲板单元给释放器下发指令，释放平台，平台开始上浮。

(12)待平台露出水面后，进行回收，查看并拷贝电子舱内数据，进行后续分析，得到附体振动和近场噪声；查看并拷贝浮标数据，进行后续分析，得到附体远场噪声。

(13)更换工况，重复上述步骤。

实施实例2，在实施例1的基础上，将艏端1进行不同线型结构换装后进行试验，可以实现不同线型下近场噪声、远场噪声等的对比。

实施实例3，在实施例1的基础上，在艉部加装稳定翼，使得平台上浮姿态更加稳定，不易于受到附体等试验对象的干扰。

实施实例4，在实施例1的基础上，将试验平台刷上防腐漆，适应海洋环境下的试验条件，增强可靠性。

实施实例5，在实施例1的基础上，将外壳体内部敷设阻尼材料，实现更低振动噪声背景。

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 (8)

1.一种低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，其特征在于，包括非水密外壳体、由多个耐压空心浮球(3)和浮球外框架(4)组成的浮力装置、电子舱(5)、释放机构及艉部承力杆(7)；

所述非水密外壳体由艏端(1)、平行舯体(2)和艉部(6)组成；多个耐压空心浮球(3)嵌固于浮球外框架(4)上，浮球外框架(4)固定于平行舯体(2)的内部；电子舱(5)通过法兰固定于艉部(6)内，所述电子舱(5)内装载有传感器及数据采集装置，所述电子舱(5)外装载有深度传感器；艉部承力杆(7)一端固连于电子舱(5)上，另一端与外壳体的艉部(6)的末端固连；所述释放机构由重物(11)和释放器(10)组成，重物(11)通过释放器(10)与艉部承力杆(7)的另一端连接。

2.根据权利要求1所述低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，其特征在于，所述试验平台还包括艉部配置块(9)，所述艉部配置块(9)位于外壳体的艉部(6)内，所述艉部承力杆(7)的另一端穿过所述艉部配置块(9)与外壳体的艉部(6)的末端固连。

3.根据权利要求1所述低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，其特征在于，所述艏端(1)为近似椭球状，所述平行肿体(2)为圆柱形，所述艉部(6)为近似锥状。

4.根据权利要求1所述低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，其特征在于，所述试验平台还包括安装于艉部(6)的稳定翼。

5.根据权利要求1所述低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，其特征在于，所述耐压空心浮球(3)的材质为钢。

6.根据权利要求1所述低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，其特征在于，所述重物上系有保护绳(13)。

7.根据权利要求1所述低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，其特征在于，所述外壳体上刷有防腐漆。

8.根据权利要求1所述低噪声高航速大深度的水下无动力上浮试验平台，其特征在于，所述外壳体内部敷设有阻尼材料。