CN107487424B - 一种航天器海上回收方法与装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航天器海上回收方法与装备，包括救助打捞船，所述救助打捞船用伸缩吊、航天器座架、前后张紧装置；所述伸缩吊向舷侧伸出并可转动，航天器座架位于伸缩吊的半径范围内；所述伸缩吊上设有打捞拦截臂、油缸、倾角传感器，控制中心根据倾角传感器的倾角参数控制油缸的伸缩，从而根据船舶横摇进行对打捞拦截臂的水平度进行补偿；所述打捞拦截臂下部吊接防摇装置；打捞拦截臂下部吊接网具。本发明利用补偿油缸、蓄能器与气瓶组组成被动补偿装置，有效减少船体深沉对拖网的影响，改善网型，该补偿装置能量消耗少；利用外控液压油打开回转制动刹车装置，使拦截臂水平方向处于相对浮动状态，大大改善拦截臂恶劣海况下的受力状态。

Description

一种航天器海上回收方法与装备

技术领域

本发明涉及一种航天器海上回收方法与装备，属于航天器回收技术领域。

背景技术

当前，海上回收航天器的需求将越来越迫切。目前，现有技术尚无既能满足高海况条件下打捞航天器又可以完成落水人员救助或重要财产打捞的系统专用装备，打捞时的平衡性能、防摇性能、纵向定位性能能等问题是本领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种航天器海上回收方法与装备，利用船用吊机支撑张开柔性网具，拦截、打捞、起吊航天器，同时在作业过程时，吊臂根据船体升沉运动自动调节臂幅，做到网具在水中张开最优，保证航天器打捞成功率与防碰要求；同时，确保打捞时的平衡性能，通过主、被动补偿液压液压油缸和倾角传感器确保防摇性能，通过前、后张紧绳使拦截臂水平方向处于相对浮动状态，从而提高纵向定位性能。

本发明采取以下技术方案：

一种航天器海上回收装置，包括救助打捞船14，所述救助打捞船14上固定设置伸缩吊4、航天器座架8；所述伸缩吊4向舷侧伸出并可转动，航天器座架8位于伸缩吊4的半径范围内；所述伸缩吊4舷外伸出远端通过前、后张紧绳5、3固定在船舶前部与后部的张紧装置上；所述伸缩吊4上设有打捞拦截臂4b、油缸4d、倾角传感器，控制中心根据倾角传感器的倾角参数控制油缸4d的伸缩，从而根据船舶横摇进行对打捞拦截臂4b的水平度进行补偿；所述打捞拦截臂4b下部吊接防摇装置4f，所述防摇装置4f能够卡住航天器操作平台11的顶部；所述打捞拦截臂4b下部吊接网具。

打捞网右曳纲7通过伸缩吊伸缩比外端悬挂的导向滑轮，从前甲板导缆孔至起锚绞车绞盘控制，打捞网左曳纲6从船侧至首部经到缆孔至前甲板绞缆机控制，前张紧绳5从首部导缆孔至前张紧绳绞车；后张紧绳3至尾部后张紧绳支架导轮，并通过船舶尾部绞盘控制；控制系统根据倾角传感器反馈的倾角信息，控制油缸动作：被动补偿液压油缸与蓄能器油路端连通，油缸活塞杆受船体升沉运动发生位移变化，当油缸受力迫使活塞杆缩回缸体，油缸排出液压油通过常开的二位二通电磁换向阀流入蓄能器，将这部分能量存储起来，当活塞杆伸出时，蓄能器推动液压油回到油缸中，完成能量的释放；利用吊臂支撑并张开柔性打捞网的同时拦截臂回转装置制动器通过外控液压油打开制动刹车装置，使拦截臂水平方向处于相对浮动状态。

进一步的，所述伸缩吊4上还设有蓄能器4a，所述蓄能器4a的储油侧与被动补偿液压油缸连接，储能器4a的储气侧与压力恒定的气瓶组连接。

进一步的，所述打捞拦截臂4b头部具有滑轮4c，所述滑轮的绳索通过吊钩将网具勾住。

一种采用上述的航天器海上回收装置进行航天器回收的方法，包括以下步骤：

A)利用船舶右侧的伸缩吊4吊臂支撑开柔性及漂浮状态的打捞网2；伸缩吊在打捞时其臂架通过前张紧绳5和后张紧绳3稳索相对稳定打捞位置，基本与船长方向垂直，垂直方向拦截臂是通过变幅油缸进行控制，利用船舶摇摆角度测试传感器信号，控制液压系统方向比例调速阀，使拦截臂变幅油缸运动方向与船舶摇摆方向成反方向运动，从而减小拦截臂与海面高度的过大变化；

B)打捞船展开打捞网后，在拦截臂波浪补偿控制下，随船前进对准航天器，当航天器进入打捞网后，通过操作拦截臂上的提上纲绞车，牵引提上纲，使打捞网浮子纲提离水面，方便航天器进网；

C)当航天器进入打捞网囊网后，收紧引扬纲，使航天器囊网收紧，将航天器固定在打捞网囊网内；将囊网与打捞网前部分之间的缝合绳连接活扣打开，使航天器起吊囊网与打捞网其余部分分离开；

D)将航天器起吊至设置在吊机基本臂下的航天器起吊防摇装置上，并相对固定航天器起吊位置；

E)航天器起吊后，将拦截臂外面两节伸缩臂收回后，再控制伸缩吊回转装置，将航天器收回至甲板航天器座架8上方位置，航天器起吊绞车放下航天器至座架中心位置；

F)将操作平台推至航天器适当位置，工作人员通过操作平台扶梯上至操作平台12位置进行开舱救援；

G)救援工作完成后，将打捞网收回，并将囊网与打捞网身网用缝合绳进行活结缝合，以备下次打捞之用。

本发明的有益效果在于：

1)基于船载平台，利用伸缩吊支撑柔性浮拖网和主被动波浪补偿控制技术，构建安全、可靠的高海况航天器拦截-打捞-起吊一体化技术方法与装备；

2)利用倾角传感器监测船体横摇的角度反馈给控制中心，再利用补偿油缸、蓄能器与气瓶组组成被动补偿装置，有效减少船体深沉对拖网的影响，改善网型，该补偿装置能量消耗少；

3)利用外控液压油打开回转装置制动器，使拦截臂水平方向处于相对浮动状态，形成“十”字铰链结构，大大改善拦截臂恶劣海况下的受力状态。

4)起吊过程中通过防摇装置对航天器实现有效固定。

5)利用船用伸缩吊4支撑打捞网2，完成航天器船侧拦截、打捞、起吊一体化。

附图说明

图1是本发明航天器海上回收装置的俯视图。

图2是伸缩吊及网具支撑部件的示意图。

图3是蓄能器与被动补偿油缸及气瓶组连接的示意图。

图4是十字铰链吊臂结构的示意图。

图5是本发明航天器海上回收装置的示意图。

图中，1后张紧绳支架，2打捞网，3后张紧绳，4伸缩吊，5前张紧绳，6打捞网左曳纲，7打捞网右曳纲，8航天器座架，9液压动力泵站，10打捞网提上纲，11防摇装置，12航天器操作平台，13前张紧绳绞车，14救助打捞船。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

本发明涉及一种简化的能够在高海况条件下海上回收航天器的打捞方法与装备，基于船载平台借助船用吊机支撑柔性打捞网具完成航天器拦截、打捞、起吊一体化的目的。回收过程中尽量利用船上现有的设备完成航天器及时打捞、安全拖至甲板、方便人员出舱等过程，设备拆装简便，回收周期短，装备加改装后不影响船舶日常拖带作业。

下面分部件进行介绍

网具支撑部件：

打捞网，如图2所示，右曳纲通过伸缩吊伸缩比外端悬挂的导向滑轮，从前甲板导缆孔至起锚绞车绞盘控制。打捞网左曳纲从船侧至首部经到缆孔至前甲板绞缆机控制。前张紧绳从首部导缆孔至前张紧绳绞车，该绞车具有恒张力和位置控制功能。后张紧绳至尾部后张紧绳支架导轮，并通过船舶尾部绞盘控制。

被动补偿液压油缸部件：

如图3所示，针对船舶摇摆影响网具网型导致航天器拦截失败的问题，控制吊臂姿态维持在较小变化幅度范围以满足恶劣海况下拦截臂的稳定性以及确保打捞网网形最大化的技术要求。将被动补偿液压油缸与蓄能器油路端连通，油缸活塞杆受船体升沉运动发生位移变化。当油缸受力迫使活塞杆缩回缸体，油缸排出液压油通过常开的二位二通电磁换向阀流入蓄能器，将这部分能量存储起来，当活塞杆伸出时，蓄能器推动液压油回到油缸中，完成能量的释放。

吊臂稳定部件：

如图4所示，利用吊臂支撑并张开柔性打捞网的同时拦截臂回转装置制动器通过外控液压油打开制动刹车装置，使拦截臂水平方向处于相对浮动状态，形成“十”字铰链结构，大大改善拦截臂恶劣海况下的受力状态，降低吊臂强度应力。

拦截过程中吊臂负载包括有：自重载荷、船舶倾斜所产生的起升载荷水平分力、船舶倾斜所产生的自重载荷水平分力由回转加速度产生的惯性力、水流对网具的冲击力、风载荷等，在多负载耦合条件下，吊臂承受弯扭组合变形，其受力的危险位置在吊臂根部与安装底座的铰接连接处，其结构强度无法满足高海况多负载耦合工况的打捞需求，通过结构改造后的吊臂受力大大改善，满足多负载耦合工况校核。

具体工作时，参见图1-4，利用船舶右侧伸缩吊4吊臂支撑开柔性及漂浮状态的打捞网2。其中，伸缩吊在打捞时其臂架通过前张紧绳5和后张紧绳3稳索相对稳定打捞位置，基本与船长方向垂直，垂直方向拦截臂是通过变幅油缸进行控制，该运动相对船舶是横向摇摆，恶劣海况下运动幅度比较大，达到±15°/周期11s，为了改善拦截臂随船横摇对打捞效果造成影响，增加了主被动波浪补偿控制系统，利用船舶摇摆角度测试传感器信号，控制液压系统方向比例调速阀，使拦截臂变幅油缸运动方向与船舶摇摆方向成反方向运动，从而减小拦截臂与海面高度的过大变化，设计将拦截臂最大变幅角度控制在±8°/周期11s，以提高航天器打捞成功率。打捞船展开打捞网后，在拦截臂波浪补偿控制下，随船前进对准航天器，当航天器进入打捞网后，通过操作拦截臂上的提上纲绞车，牵引提上纲，使打捞网浮子纲提离水面，方便航天器进网。当航天器进入打捞网囊网后，通过操作拦截臂上的航天器起吊绞车收紧引扬纲，使航天器囊网收紧，将航天器固定在打捞网囊网内。之后，将囊网与打捞网前部分之间的缝合绳连接活扣打开，使航天器起吊囊网与打捞网其余部分分离开，方便航天器起网。此时，继续操作航天器起吊绞车，并将航天器起吊至设置在吊机基本臂下的航天器起吊防摇装置上，并相对固定航天器起吊位置，也防止航天器起吊时随意翻滚。航天器起吊后，将拦截臂外面2节伸缩臂收回后，再控制伸缩吊回转装置，将航天器收回至甲板航天器座架8上方位置，通过操作航天器起吊绞车放下航天器至座架中心位置。后将操作平台推至航天器适当位置，工作人员通过操作平台扶梯上至操作平台12位置进行开舱救援。所有救援工作完成后，再将打捞网收回，并将囊网与打捞网身网用缝合绳进行活结缝合，以备下次打捞之用。

本发明迎合我国航天海上着陆场建设与面向空间站建设的发展需要，采用基于主/被动复合波浪补偿控制技术，突破平战结合的高海况航天器打捞回收关键技术及核心装备，构建航天器发射海上回收与人命救助结合的救援安全保障系统，完善我国载人航天空间站工程的技术体系。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员在此基础上还可以进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种航天器海上回收装备，其特征在于：

包括救助打捞船(14)，所述救助打捞船(14)上固定设置伸缩吊(4)、航天器座架(8)；

所述伸缩吊(4)向舷侧伸出并可转动，航天器座架(8)位于伸缩吊(4)的半径范围内；

所述伸缩吊(4)舷外伸出远端通过前、后张紧绳(5、3)固定在船舶前部与后部的张紧装置上；

所述伸缩吊(4)上设有打捞拦截臂(4b)、油缸(4d)、倾角传感器，控制中心根据倾角传感器的倾角参数控制油缸(4d)的伸缩，从而根据船舶横摇进行对打捞拦截臂(4b)的水平度进行补偿；

所述打捞拦截臂(4b)下部吊接防摇装置(4f)，所述防摇装置(4f)能够卡住航天器操作平台(11)的顶部；

所述打捞拦截臂(4b)下部吊接网具；

所述伸缩吊(4)上还设有蓄能器(4a)，所述蓄能器(4a)的储油侧与被动补偿液压油缸连接，储能器(4a)的储气侧与压力恒定的气瓶组连接；

所述打捞拦截臂(4b)头部具有滑轮(4c)，所述滑轮的绳索通过吊钩将网具勾住。

2.一种采用权利要求1所述的航天器海上回收装备进行航天器回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)利用船舶右侧的伸缩吊(4)吊臂支撑开柔性及漂浮状态的打捞网(2)；伸缩吊在打捞时其臂架通过前张紧绳(5)和后张紧绳(3)稳索相对稳定打捞位置，基本与船长方向垂直，垂直方向拦截臂是通过变幅油缸进行控制，利用船舶摇摆角度测试传感器信号，控制液压系统方向比例调速阀，使拦截臂变幅油缸运动方向与船舶摇摆方向成反方向运动，从而减小拦截臂与海面高度的过大变化；

B)打捞船展开打捞网后，在拦截臂波浪补偿控制下，随船前进对准航天器，当航天器进入打捞网后，通过操作拦截臂上的提上纲绞车，牵引提上纲，使打捞网浮子纲提离水面，方便航天器进网；

C)当航天器进入打捞网囊网后，收紧引扬纲，使航天器囊网收紧，将航天器固定在打捞网囊网内；将囊网与打捞网前部分之间的缝合绳连接活扣打开，使航天器起吊囊网与打捞网其余部分分离开；

D)将航天器起吊至设置在吊机基本臂下的航天器起吊防摇装置上，并相对固定航天器起吊位置；

E)航天器起吊后，将拦截臂外面两节伸缩臂收回后，再控制伸缩吊回转装置，将航天器收回至甲板航天器座架(8)上方位置，航天器起吊绞车放下航天器至座架中心位置；

F)将操作平台推至航天器适当位置，工作人员通过操作平台扶梯上至操作平台(12)位置进行开舱救援；

G)救援工作完成后，将打捞网收回，并将囊网与打捞网身网用缝合绳进行活结缝合，以备下次打捞之用。