CN111114702B - 水上浮动设备平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水上浮动设备平台。本发明包括从首至尾的1号压载舱、2号压载舱、3号压载舱、4号压载舱、推进舱、6号压载舱、波浪能发电舱以及多层甲板。所述的2号压载舱分为2号顶压载舱和2号底压载舱，3号压载舱分为3号顶压载舱、3号底压载舱、3号左压载舱和3号右压载舱。所述的推进舱内设置有推进装置；所述推进装置包括隧式推进器、可伸缩式推进器和电池组。所述波浪能发电舱内设置有波浪能发电装置，所述波浪能发电装置包括活塞杆、振子、液压缸。本发明采用电力驱动的隧式推进器和伸缩式推进器相互结合的推进方式，既能够实现自主航行，也能有效避免推进器给实验带来的干扰，设置多个压载舱，能够更加平稳的实现船舶旋转操作。

Description

水上浮动设备平台

技术领域

本发明涉及水上装备研究领域，具体涉及一种可垂直探测的新型水上浮动设备平台，可以应用于为水上、水下声波传播规律等相关研究提供海上实验平台。

背景技术

近年来，随着国产航母的下水服役，迫切需要掌握敌方动向，从而保障航母编队和水下潜艇的安全，防止敌方水上及水下航行器的袭击。然而，我国目前采取的反潜网络系统需要将装备拖曳线列阵声纳的水面舰艇和反潜直升机、声纳浮标定位结合起来，对各部分的协调配合、时间延时要求严苛，并且作战程序十分复杂，多程序传输数据的可靠性降低。

为了简化当前海上反潜的作战程序，急需寻求一种更加精确、可靠的水上、水下物标定位方法，这就需要对以下两方面进行深入研究：

1.舰艇、潜艇等水上、水下航行物标的涌动机理。

2.大、小尺度海洋动态、天文潮汐以及其他环境噪声的影响规律。

基于上述背景，本发明设计了一种新型“水上浮动设备平台”，可以为科研人员在进行水上、水下声波传播规律的研究时创造特定的海上实验平台。

美国已研发出了FLIP(Floating Instrument Platform)船，FLIP是美国的一艘专门用来探测水下声波，研究潜艇和海洋生物的勘探船。该船舶能够实现倒立，即从水面水平航行变为垂直作业。该船舶设计初衷是建造一个比传统船型更稳定的海上工作平台以进行水下波形研究，特别是为冷战时期美国海军SUBROC反潜火箭及导弹制导研究远距离水下声波传播特性，这些研究项目都迫切需要更精确的数据。后来，由于其拥有优越的性能，而被广泛应用了各种科学研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一个能进行水上、水下声波传播规律研究的海上试验平台，从而充分掌握声波在海水中的传播机理，以此实现对水上、水下物标的精确、可靠定位，进而达到对敌方舰艇动向的实时探测，保证我方舰船的安全。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括从首至尾的1号压载舱、2号压载舱、3号压载舱、4号压载舱、推进舱、6号压载舱、波浪能发电舱以及多层甲板。

所述的2号压载舱分为2号顶压载舱和2号底压载舱，3号压载舱分为3号顶压载舱、3号底压载舱、3号左压载舱和3号右压载舱，其中，1号压载舱舱、3号左压载舱和3号右压载舱通海，用于调整船舶速度，保障船舶运行地安全与稳定；4号压载舱和6号压载舱内有空气接收机，用于将压缩空气打入压载舱，排出舱室里的压载水，使平台恢复水平正浮状态。

所述的推进舱内设置有推进装置，所述推进装置包括隧式推进器、可伸缩式推进器和电池组。可伸缩式推进器用于水平推进，隧式推进器在船舶垂直状态时提供动力，电池组在进行探测时使用，避免船只自身振动对测量数据的影响。

所述波浪能发电舱内设置有波浪能发电装置，所述波浪能发电装置包括活塞杆、振子、液压缸。其中振子为伸缩式设计，当船舶垂直状态时，振子伸出并随波浪上下震动，将动能转换为液压能发电。船舶水平时，振子收回，减小阻力。

所述多层甲板中的第一层甲板靠近水面，用来布置科研设备，并提供一个临近水面的一个区域，其它层用来安装发电机组并提供科研人员必备的生活和研究场所。

在所述的6号压载舱和波浪能发电舱之间装有两个锚泊装置，在3号底压载舱也装有锚泊装置，所述锚泊装置包括能够进行自锚泊操纵作业的锚机和用于卷放4800m锚链的鼓轮。

进一步说，在该平台的垂直状态的吃水线以下涂装有包含氧化铜、氧化汞、氧化铁的油漆。

进一步说，在该平台的水平状态的吃水线以下加入了日本镜蛤贝壳仿生减阻的表面设计。

进一步说，各个压载舱的注水过程如下：

第一步、1号压载舱通海、3号左压载舱、3号右压载舱通海；

第二步、1号压载舱继续通海、3号左压载舱、3号右压载舱继续通海、2号底压载舱注满、3号底压载舱注满；

第三步、1号压载舱继续通海、3号左压载舱、3号右压载舱继续通海、3号顶压载舱注满；

第四步、1号压载舱继续通海、3号左压载舱、3号右压载舱继续通海、4号压载舱注满；

第五步、1号压载舱继续通海、3号左压载舱、3号右压载舱继续通海、2号底压载舱排出50%体积的水；

第六步、2号顶压载舱注满、2号底压载舱注满；

第七步、调整4号压载舱至舱容的55%。

本发明的有益效果为：

（1）填补了我国在该类船舶设计上的空白，设置了自主推进装置和自锚泊设备，可灵活执行多种科研任务；

（2）提供了新的研究水下声波的方式，新型“水上浮动设备平台”能够垂直下潜，进行90°垂直调整，并且能够在深海中进行锚泊。

（3）安装了多个发电机组和电池组作为供能设备，降低了船只的机械噪声对探测数据可靠性的影响。

附图说明

图1是本发明的平面布置图。

图2是本发明的船体分舱结构图。

图3是本发明的压载过程示意图。

图4是本发明的锚泊状态示意图。

图5是本发明的波浪能发电装置工作图。

图6是本发明的各层甲板布置图。

图7是本发明的表面纹理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明包括多个压载舱、空气接收机、隧式推进装置、伸缩式推进装置、多层甲板、锚泊装置、波浪能发电装置及表面涂层。

所述压载舱包括1号压载舱、2号顶压载舱、2号底压载舱、3号顶压载舱、3号底压载舱、3号左压载舱、3号右压载舱、4号压载舱、6号压载舱。压载舱用于注水下潜，从而使船体完成90°垂直调整。其中，1号压载舱舱、3号左压载舱和3号右压载舱通海，便于有效地调整船舶速度，保障船舶运行地安全与稳定。

所述空气接收机有6个，4号压载舱中有4个、6号压载舱中有2个；用于将一定量的压缩空气打入压载舱，排出舱室里的压载水，使探测船恢复水平正浮状态。

所述推进装置包括隧式推进器、伸缩式推进器和电池组。可伸缩式推进器用于水平推进，隧式推进器在船舶垂直状态时提供动力，电池组在进行探测时使用，可避免船只自身振动对测量数据的影响。

所述多层甲板共9层，第一层甲板靠近水面，便于布置测量仪器和设备，其他层用来安装发电机组等设备，并提供科研人员必备的生活和研究场所。

所述锚泊装置包括能够进行自锚泊操纵作业的锚机和3个可以用于卷放4800m锚链的鼓轮。

所述波浪能发电装置包括活塞杆、振子、液压缸。其中振子为伸缩式设计，当船舶垂直状态时，振子伸出并随波浪上下震动，将动能转换为液压能发电。船舶水平时，振子收回，减小阻力。

所述表面涂层包括船底氧化铜、氧化汞、氧化铁的油漆。

还设计有水下仿生减阻表面，可防止海洋污损生物的附着及海水腐蚀，并降低摩擦阻力，从而提高船舶的运动性能，并降低能耗。

本发明中具体如下特点：

1）能够下潜并进行90°垂直调整，且可实现在深海中进行锚泊。该设计使得新型“水上浮动设备平台”十分稳定，能够大大减轻科学研究过程中风、浪、流等的干扰。

2）采用隧式推进器和伸缩式推进器相互结合的推进方式，可实现自主往返特定海域。

3）可提供一个临近水面的区域，从而布置科研设备，获得更为真实、精确的研究数据。

4）可为科研人员提供相对舒适的生活环境，并实现不同的研究工作独立、同步地进行。

5）利用波浪能发电，在一定程度上，为船舶作业提供所需能源。

需要说明的是，所述“水上浮动设备平台”外形类似于美国FLIP，其内部机理并不相同，具体表现为：

1）本平台采用电力驱动的隧式推进器和伸缩式推进器相互结合的推进方式，既能够实现自主航行，也能有效避免推进器给实验带来的干扰；

2）设置了多个压载舱，并设计了更优的旋转过程，能够更加平稳的实现船舶旋转操作；

3）设计了伸缩式的波浪能发电装置，能够在一定程度上船舶作业提供所需能源；

4）考虑到日本镜蛤贝壳仿生减阻的表面设计，防止海洋污损生物的附着，降低摩擦阻力以提高船舶的运动性能，降低能耗。

实施例：

如图1和图2所示，所设计的探测船长约154m，预计容纳20人，包括5名船员和15名科研人员。船长的增加，很大程度上改善了船舶在垂直状态下工作人员的居住环境，提供了高稳定性的科研操作环境。表1是该新型探测船的主要性能参数。

表1 新型“水上浮动设备平台”的主要性能参数

设计特征参数	数值	设计特征参数	数值
				船体总长	154m	垂直吃水	91~104m
水线长度	148m	续航里程	2200 n mile
				最大宽度	11m	装机功率	1196 kw
航行平吃水	4m	营运航速	8 kt

本探测船包括多个压载舱14、空气接收机9、隧式推进装置10、伸缩式推进装置11、多层甲板15、锚泊装置16、波浪能发电装置13及表面涂层8。

所述多个压载舱14包括1号压载舱1、2号顶压载舱2、2号底压载舱3、3号顶压载舱4、3号左右压载舱5、3号底压载舱6、4号压载舱7、6号压载舱12。分舱设计的目的是尽可能的降低本船从水平转为垂直状态的速度，而且便于对处于垂直状态下的本船进行必要的状态调整。为了进一步提高本船在垂直状态下的浮力和稳性，特别设计了若干个通海的压载舱。因为，经过反复的实验，发现通海的压载舱能够有效的降低船舶的调整速度，从而保障船舶的安全与稳定。在控制该探测船进行状态转换时，并不是一次性的完成压载水的注入，而是按照一定的顺序进行。表2是进行压载水注入的一个示例，过程如图3所示。

表2 压载水注入示例

操作步骤	舱室状态	纵倾	吃水（m）
				1	1号舱1通海	2°	6.3
	3号左右压载舱室6通海
				2	同1步	2.5°	8.1
	2号底压载舱3注满
					3号底压载舱6注满
3	同2步	3°	9.1
					3号顶压载舱4注满
4	同3步	5°	12.5
					4号压载舱7注满
5（不稳定点）	同4步	15°	28.6
					2号底压载舱3排出50%
6（垂直操作）	2号顶压载舱注满
					2号底压载舱3注满	90°	112.8
7（垂直状态吃水）	调整4号压载舱7至舱容的55%	90°	100.6

最终，船舶处于垂直状态，4号压载舱里的压载水保持在该舱室的约55%。选择2号顶压载舱2、2号底压载舱3作为调整舱室的原因是：可以降低探测船的重心高度，使该船的稳定性进一步提升。然而值得注意的是，选择这种压载调整方式，必须保持4号压载舱的压载水达到满载状态体积的约55%。

空气接收机9的数量为6个，用于盛放排出压载水的压缩空气。当探测研究完成需要将船舶恢复水平状态时，必须将各个舱室或者部分舱室里面的压载水排放出来。为了完成这个过程，必须在本船配备能够将一定量的压缩空气打入压载舱，排出舱室里的压载水，使探测船恢复水平正浮状态的调节装置，2号顶压载舱2也是完成整个过程的关键。

推进装置包括隧式推进装置10、伸缩式推进装置11。在综合权衡了航速、耐波性等因素之后，采用伸缩式推进装置11用来水平推进。隧式推进装置10是在船舶垂直状态下使用的，其被布置在船尾，且靠近伸缩式推进器11。推进装置的叶轮安装在隧洞的顶尾处，这是为了避免该推进器导致的船体晃动和水流冲击。采用电力驱动，主要是为了减轻本船自身机械噪声对科研工作的干扰，从而提高探测数据的可靠性。

如图6所示，多层甲板15包括9层甲板，第一层甲板，是船舶在垂直状态最接近水线的一层甲板。它用来布置科研设备，并为该探测船提供一个临近水面的一个区域。其舱门可作为非紧急情况下转移人员的通道，并且该门是水密的。第一层甲板还能够用于检查卸扣和锚链的工作状况，它是唯一的垂直状态面积小于水平状态下面积的区域。第二至九层甲板分别放置医务室、实验区域、实验室、船上办公室、应急发电机、专家房间、厨房、餐厅、休闲室等。

本发明充分考虑了新型“水上浮动设备平台”设计的所有程序，对该船甲板的布局做了科学的安排。该船充分考虑了船员和科研人员的舒适度，并且增加了可以同时进行不同性质实验的若干分立的实验室。在充分考虑了船舶稳性和安全性的前提下，在垂直状态下的水线附近甲板层也设计了可以用于其他有助于研究工作仪器设备的安装布置区。

如图4所示，锚泊装置包括能够进行自锚泊操纵作业的锚机和3个可以用于卷放4800m锚链的鼓轮。新型“水上浮动设备平台”采用3点锚的锚泊方式，锚泊深度达到1500m（渤海平均水深25米，最大水深85米，20米以下的海域面积占一半以上；黄海平均深度44米，中央部分深60~80米，最大深度140米；东海平均水深在349米，多为水深200米以内的大陆架；我国南海是中国的最大外海，平均深度是1212米，同时借鉴我国海洋石油981深水半潜式钻井平台的1500米水深内锚泊定位理念，本探测船锚泊深度取1500m，基本能够满足我国海上探测的需求）。

本发明将在船舶垂直状态的吃水线以下均涂装为朱红色。吃水线下面的这部分船壳，一直浸没在海里，容易受海水腐蚀。同时海里生长的凿船贝、海葵等贝壳和虫子附着在船底下不但使船壳受损、增加船的重量，也会影响航速，所以在船底涂上含有氧化铜、氧化汞、氧化铁的油漆。

波浪能发电装置13包括振子17、活塞杆18和液压缸19，振子17为伸缩式设计，当船舶垂直状态时，振子17伸出并随波浪上下震动，带动活塞杆18上下运动，并与液压缸19连接，从而将动能转换为液压能发电。船舶水平时，振子17收回，减小阻力。两种状态下振子伸出和缩回示意图如图5a和图5b所示。

由于本船采用电池组动力，能源问题十分突出。而表面减阻能够对节省能源，增加续航力提供极大的技术支持。所以，在设计本船的船体结构时，特地为水下部分加入了日本镜蛤贝壳仿生减阻的表面设计，防止海洋污损生物的附着，降低摩擦阻力以提高船舶的运动性能，降低能耗，本探测船的仿生纹理设计如图7所示。

Claims (3)

1.水上浮动设备平台，它包括从首至尾的1号压载舱、2号压载舱、3号压载舱、4号压载舱、推进舱、6号压载舱、波浪能发电舱以及多层甲板；

所述的2号压载舱分为2号顶压载舱和2号底压载舱，3号压载舱分为3号顶压载舱、3号底压载舱、3号左压载舱和3号右压载舱，其中，1号压载舱舱、3号左压载舱和3号右压载舱通海，用于调整船舶速度，保障船舶运行地安全与稳定；4号压载舱和6号压载舱内有空气接收机，用于将压缩空气打入压载舱，排出舱室里的压载水，使平台恢复水平正浮状态；

所述的推进舱内设置有推进装置，所述推进装置包括隧式推进器、可伸缩式推进器和电池组；可伸缩式推进器用于水平推进，隧式推进器在船舶垂直状态时提供动力，电池组在进行探测时使用，避免船只自身振动对测量数据的影响；

所述波浪能发电舱内设置有波浪能发电装置，所述波浪能发电装置包括活塞杆、振子、液压缸；其中振子为伸缩式设计，当船舶垂直状态时，振子伸出并随波浪上下震动，将动能转换为液压能发电；船舶水平时，振子收回，减小阻力；

所述多层甲板中的第一层甲板靠近水面，用来布置科研设备，并提供一个临近水面的一个区域，其它层用来安装发电机组并提供科研人员必备的生活和研究场所；

在所述的6号压载舱和波浪能发电舱之间装有两个锚泊装置，在3号底压载舱也装有锚泊装置，所述锚泊装置包括能够进行自锚泊操纵作业的锚机和用于卷放4800m锚链的鼓轮；

各个压载舱的注水过程如下：

第一步、1号压载舱通海、3号左压载舱、3号右压载舱通海；

第二步、1号压载舱继续通海、3号左压载舱、3号右压载舱继续通海、2号底压载舱注满、3号底压载舱注满；

第三步、1号压载舱继续通海、3号左压载舱、3号右压载舱继续通海、3号顶压载舱注满；

第四步、1号压载舱继续通海、3号左压载舱、3号右压载舱继续通海、4号压载舱注满；

第五步、1号压载舱继续通海、3号左压载舱、3号右压载舱继续通海、2号底压载舱排出舱容50%体积的水；

第六步、2号顶压载舱注满、2号底压载舱注满；

第七步、调整4号压载舱至舱容的55%。

2.根据权利要求 1所述的水上浮动设备平台，其特征在于：在该平台的垂直状态的吃水线以下涂装有包含氧化铜、氧化汞、氧化铁的油漆。

3.根据权利要求 1所述的水上浮动设备平台，其特征在于：在该平台的水平状态的吃水线以下加入了日本镜蛤贝壳仿生减阻的表面设计。

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