CN109131750A - 一种浮标吊放缓冲机构及布放方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种浮标吊放缓冲机构及布放方法，浮标吊放缓冲机构包括通信线缆和弹性体，弹性体为长条圆柱柔性结构，通信线缆中的一部分无交叉均匀缠绕在弹性体上，且缠绕在弹性体上的通信线缆两端与弹性体绑扎固定。本发明给出了通信线缆在弹性体上缠绕匝数n的确定方法。并为实现有序布放，提出了线团上端面螺旋状盘绕环槽方法，将缠绕有通信线缆的弹性体盘绕并点胶固定在沟槽中，当浮标下沉探测段释放后，将盘绕好的弹性体有序拉出，从而保证了线缆布放的可靠性。本发明可以有效的降低线缆释放完毕时的冲击力，减低漂浮过程海浪对浮标下沉探测段的影响。

Description

一种浮标吊放缓冲机构及布放方法
技术领域
本发明涉及一种浮标吊放缓冲机构及布放方法，特别是涉及一种基于弹性缓冲体的吊放缓冲机构及布放方法，适用于吊放式通信浮标等设备。
背景技术
浮标投放入水后，释放与其挂接的声呐或盐度、温度等传感器和探测传感装置，该装置通过线团布放通信线缆下沉至设定深度，通信线缆用于连接浮标和探测传感装置并提供通信信道，以实现水下目标探测、水下通信及水文参数测量信息的交互。例如水下航行器用通信浮标，其作为一种小型化跨介质网络通信节点，从水下发射出管后，在正浮力作用下向水面运动，到达水面后浮标分离成两部分：水面漂浮段和下沉探测段，两段之间采用有线通信方式连接。探测段携带的声呐与水下航行器进行水声通信，漂浮段携带的数传通信模块和北斗模块把水下航行器发出的信息传递给水面舰船或岸基平台，从而实现水下航行器的跨介质对外通信及位置校准。
探测传感装置下沉至设定深度时，由于通信线缆长度限制，探测传感装置下沉速度由最大瞬时变为0，速度的突变使通信线缆承受很大的拉力，为保证浮标系统的正常工作，要求通信线缆具有较高的抗拉强度，必然会增大通信线缆的结构尺寸，增加设计复杂度，并提高成本。同时，由于海浪及海流的影响，会引起探测传感装置的低频振动和流噪声，这样会对声呐探测产生干扰。文献“黄洪石，声呐浮标结构方案设计，《声学与电子工程》，2000年第2期，2000.02”公开了一种减振降噪系统，该系统通过在主悬缆绳上增加柔性缆和阻尼器，来降低波浪、海流对声阵的影响，然而增加该系统会增加浮标的设计难度和系统复杂度，为保证浮标可靠性的前提下必然会带来成本的大幅提升。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于弹性体的浮标吊放缓冲机构及布放方法，实现浮标与探测传感装置分离后，机构有序释放直至工作。
本发明的技术方案为：
所述一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：包括通信线缆和弹性体；
所述弹性体为长条圆柱柔性结构；弹性体一端能够与浮标的水面漂浮段固定连接；
所述通信线缆中的一部分无交叉均匀缠绕在弹性体上，且缠绕在弹性体上的通信线缆两端与弹性体绑扎固定，保证受力时缠绕在弹性体上的通信线缆与弹性体无相对运动；
所述弹性体半径不小于通信线缆最小弯曲半径，弹性体的抗拉强度不小于通信线缆承受最大张力的1.2倍。
进一步的优选方案，所述一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：通信线缆在弹性体上缠绕匝数n同时满足以下公式：
其中L为弹性体有效长度，ΔLmax为弹性体最大拉伸长度，R为弹性体变形前半径，r为通信线缆半径，α为安全系数；所述弹性体有效长度指弹性体中缠绕有通信线缆部分的长度；所述弹性体最大拉伸长度ΔLmax通过公式
得到，Fmax为通信线缆承受的最大张力，E为弹性体弹性模量。
进一步的优选方案，所述一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：所述弹性体上端采用绑扎带固定形成一个环，与浮标的水面漂浮段底部挂钩连接。
进一步的优选方案，所述一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：通信线缆在弹性体上绑扎固定时，在通信线缆上垫上胶垫，避免绑扎时通信线缆受损。
进一步的优选方案，所述一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：弹性体材料采用橡胶类材料或热塑性材料；所述橡胶类材料包括丁苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶；所述热塑性材料包括苯乙烯类、聚氨酯类或聚烯烃类材料。
上述浮标吊放缓冲机构的布放方法，其特征在于：在浮标下沉探测段中容纳通信线缆线团的腔体上端板的上壁面上布置有螺旋状盘绕环槽；在进行弹性体和通信线缆布置时，将弹性体从下端开始沿螺旋状盘绕环槽内起始点开始盘绕，将弹性体压入槽中，并通过间隔长度点胶的方式将弹性体与螺旋状盘绕环槽固定，弹性体上端与浮标水面漂浮段底部固定连接，通信线缆端部的水密接插件与浮标水面漂浮段电气连接；当浮标水面漂浮段与下沉探测段分离后，下沉探测段拉力能够将弹性体从螺旋状盘绕环槽中拉出，弹性体完全拉出后，继续拉出下沉探测段内容纳的通信线缆，直至达到设定深度。
进一步的优选方案，所述浮标吊放缓冲机构的布放方法，其特征在于：螺旋状盘绕环槽的宽度大于弹性体直径与2倍通信线缆直径之和，深度在3/4～1倍的弹性体直径范围内。
有益效果
本发明提供了一种将通信线缆缠绕在弹性体上，通信线缆两端绑扎固定在弹性体上，形成了基于弹性体的浮标吊放缓冲机构，依靠弹性体拉伸变形为探测传感装置下沉瞬态冲击提供缓冲，减小通信线缆承受的冲击力，并可降低波浪、海流对探测传感装置工作性能的影响。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有技术中浮标的应用简图；
图2是现有技术中浮标上增加减振降噪系统的应用简图；
图3是浮标上加装本发明提供的吊放缓冲机构的应用简图；
图4是本发明提供的吊放缓冲机构示意图。
图5是本发明提供的有序布放盘绕结构示意图。
其中：1-浮标；2-通信线缆；3-探测传感装置；4-柔性缆；5-阻尼器；6-浮标吊放缓冲机构；7-弹性体；8-绑扎带；9-胶垫；10-水密接插件；11-盘绕端板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图3、图4所示，本实施例中提供的一种浮标吊放缓冲机构，包括通信线缆和弹性体。
所述弹性体为长条圆柱柔性结构，材质可采用丁苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶和丁腈橡胶等橡胶类材料，还可采用苯乙烯类、聚氨酯类和聚烯烃类等热塑性材料。
所述通信线缆中的一部分无交叉均匀缠绕在弹性体上，且缠绕在弹性体上的通信线缆两端与弹性体绑扎固定，保证受力时缠绕在弹性体上的通信线缆与弹性体无相对运动。通信线缆在弹性体上绑扎固定时，在通信线缆上垫上胶垫，避免绑扎时通信线缆受损。
为了确保通信线缆在弹性体上缠绕时自身不受损伤，所述弹性体半径不小于通信线缆最小弯曲半径，而且弹性体的抗拉强度不小于通信线缆承受最大张力的1.2倍。
而为了保证在最大负载条件下，缠绕在弹性体上的线缆圈数冗余度足够，通信线缆在弹性体上缠绕匝数n同时满足以下公式：
其中L为弹性体有效长度，ΔLmax为弹性体最大拉伸长度，R为弹性体变形前半径，r为通信线缆半径，α为安全系数，通常在1.1～2范围内选取；所述弹性体有效长度指弹性体中缠绕有通信线缆部分的长度；所述弹性体最大拉伸长度ΔLmax通过公式
得到，Fmax为通信线缆承受的最大张力，E为弹性体弹性模量。
而弹性体由于除了具有有效长度外，还包括与浮标的水面漂浮段连接所需的长度，所以本实施例中弹性体的实际长度Lt≥L+0.2m。
上述浮标吊放缓冲机构在进行布放时，为了实现弹性体的有序布放，在浮标下沉探测段中容纳通信线缆线团的腔体上端板的上壁面上布置有螺旋状盘绕环槽，螺旋状盘绕环槽的宽度大于弹性体直径与2倍通信线缆直径之和，深度在3/4～1倍的弹性体直径范围内。
在进行弹性体和通信线缆布置时，将弹性体从下端开始沿螺旋状盘绕环槽内起始点开始盘绕，将弹性体压入槽中，并通过间隔长度点胶的方式将弹性体与螺旋状盘绕环槽固定；弹性体上端采用绑扎带固定形成一个环，与浮标的水面漂浮段底部挂钩连接，通信线缆端部的水密接插件与浮标水面漂浮段电气连接。
当浮标水面漂浮段与下沉探测段分离后，下沉探测段拉力能够将弹性体从螺旋状盘绕环槽中拉出，弹性体完全拉出后，继续拉出下沉探测段内容纳的通信线缆，直至达到设定深度，此时通信线缆受力使弹性体拉伸，依靠弹性体拉伸变形缓冲下沉探测段下沉至设定深度的瞬态冲击，从而减小通信线缆上承受的冲击力，且弹性体的弹性可降低波浪、海流的影响。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：包括通信线缆和弹性体；
所述弹性体为长条圆柱柔性结构；弹性体一端能够与浮标的水面漂浮段固定连接；
所述通信线缆中的一部分无交叉均匀缠绕在弹性体上，且缠绕在弹性体上的通信线缆两端与弹性体绑扎固定，保证受力时缠绕在弹性体上的通信线缆与弹性体无相对运动；
所述弹性体半径不小于通信线缆最小弯曲半径，弹性体的抗拉强度不小于通信线缆承受最大张力的1.2倍。
2.根据权利要求1所述一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：通信线缆在弹性体上缠绕匝数n同时满足以下公式：
其中L为弹性体有效长度，ΔLmax为弹性体最大拉伸长度，R为弹性体变形前半径，r为通信线缆半径，α为安全系数；所述弹性体有效长度指弹性体中缠绕有通信线缆部分的长度；所述弹性体最大拉伸长度ΔLmax通过公式
得到，Fmax为通信线缆承受的最大张力，E为弹性体弹性模量。
3.根据权利要求2所述一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：所述弹性体上端采用绑扎带固定形成一个环，与浮标的水面漂浮段底部挂钩连接。
4.根据权利要求2所述一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：通信线缆在弹性体上绑扎固定时，在通信线缆上垫上胶垫，避免绑扎时通信线缆受损。
5.根据权利要求2所述一种浮标吊放缓冲机构，其特征在于：弹性体材料采用橡胶类材料或热塑性材料；所述橡胶类材料包括丁苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶；所述热塑性材料包括苯乙烯类、聚氨酯类或聚烯烃类材料。
6.一种权利要求1所述浮标吊放缓冲机构的布放方法，其特征在于：在浮标下沉探测段中容纳通信线缆线团的腔体上端板的上壁面上布置有螺旋状盘绕环槽；在进行弹性体和通信线缆布置时，将弹性体从下端开始沿螺旋状盘绕环槽内起始点开始盘绕，将弹性体压入槽中，并通过间隔长度点胶的方式将弹性体与螺旋状盘绕环槽固定，弹性体上端与浮标水面漂浮段底部固定连接，通信线缆端部的水密接插件与浮标水面漂浮段电气连接；当浮标水面漂浮段与下沉探测段分离后，下沉探测段拉力能够将弹性体从螺旋状盘绕环槽中拉出，弹性体完全拉出后，继续拉出下沉探测段内容纳的通信线缆，直至达到设定深度。
7.根据权利要求6所述浮标吊放缓冲机构的布放方法，其特征在于：螺旋状盘绕环槽的宽度大于弹性体直径与2倍通信线缆直径之和，深度在3/4～1倍的弹性体直径范围内。
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