CN111137413A - 一种深海高速拖曳安全控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深海高速拖曳安全控制系统，属于深海拖曳探测技术领域。船体通过拖缆与数据能源转换承力舱进行连接和通信，数据能源转换承力舱通过水声释放装置与压载器进行承力连接，压载器内的压力传感器和高度计通过馈缆连接数据能源转换承力舱；数据能源转换承力舱与探测拖体通过脐带缆连接和通信，脐带缆与探测拖体的连接部位上设有脱缆装置；压载器通过释放压载的方式实现避免探测拖体触底或碰撞到障碍物；释放压载方式失效则通过水声释放装置接收释放指令完成压载器与数据能源转换承力舱之间物理连接的断开。本发明能够有效降低压载拖体发生触底事故概率、减小压载拖体发生触底事故的危害并提高探测拖体上浮可靠性。

Description

一种深海高速拖曳安全控制系统
技术领域
本发明涉及一种深海高速拖曳安全控制系统，具体涉及一种深海高速拖曳系统的安全控制策略及构成，属于深海拖曳探测技术领域。
背景技术
深海拖曳装备安全性设计是深海拖曳探测系统的关键技术之一，是深海拖曳探测装备开发必须考虑的问题。
目前，国际上的深海拖曳系统多采用两级拖曳模式(重力压载拖体+弱正浮力拖体)，拖曳速度一般1-2kn，其安全性设计主要考虑拖缆强度冗余设计、拖曳故障后探测拖体的水声释放上浮、探测拖体上浮水面后的卫星通讯和光标指示等，较好的保障了深海低速拖曳系统的安全性和核心贵重装备的可回收性。然而对于深海高速拖曳系统(拖曳速度5-6kn)而言，高速拖曳过程中压载拖体发生触底事故的可能性增高、危害加剧，拖缆张力整体升高、变化范围加大，且拖曳故障后探测拖体释放上浮可靠性要求更高，原来的安全控制措施已无法满足需求，迫切需要进一步完善深海拖曳安全控制策略，提高深海高速拖曳装备的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种深海高速拖曳安全控制系统，能够有效降低压载拖体发生触底事故概率、减小压载拖体发生触底事故的危害、降低拖缆异常断裂风险、并在一定程度上提高探测拖体上浮可靠性。
一种深海高速拖曳安全控制系统，系统包括安装在船体、压载器、水声释放装置、数据能源转换承力舱和探测拖体；
所述船体通过拖缆与数据能源转换承力舱进行连接和通信，数据能源转换承力舱通过水声释放装置与压载器进行承力连接，压载器内的压力传感器和高度计通过馈缆连接数据能源转换承力舱；所述数据能源转换承力舱与探测拖体通过脐带缆连接和通信，脐带缆与探测拖体的连接部位上设有脱缆装置；所述压载器通过释放压载的方式实现避免探测拖体触底或碰撞到障碍物；释放压载方式失效则通过水声释放装置接收释放指令完成压载器与数据能源转换承力舱之间物理连接的断开。
进一步地，所述船体上安装多波束测深声纳、姿态航向传感器、GPS+北斗组合导航系统、USBL基阵和控制柜，所述探测拖体上安装拖体探测设备、USBL应答器、水声通讯机、频闪灯和铱星浮标；所述安全控制系统具备前方地形探测、压载器离底高度监测、拖缆张力监控、探测拖体断电延时释放上浮、探测拖体水声释放上浮、探测拖体水面位置上传和拖体水面光学指示功能。
进一步地，所述前方地形探测功能通过多波束测深声纳、姿态航向传感器和GPS+北斗组合导航系统形成拖体行进路线前方地形，即航线一定宽度区域内各位置与水深的对应关系，压力传感器获取压载器深度数据；显控终端根据压载器定深数据和拖体行进路线前方地形，预判压载器离底高度是否满足预先设定要求，不满足时控制拖缆绞车收放拖缆调整压载器的定深，避免压载器触底或碰撞障碍物。
进一步地，所述压载器离底高度监测功能由显控终端、拖缆和高度计实现；压载器姿态稳定，高度计可实时测得压载器的离底高度，并通过拖缆和控制柜将数据上传给显控终端，显控终端判断压载器离底高度是否满足预先设定要求，不满足时控制拖缆绞车收放拖缆，调整压载器的定深，避免压载器触底碰撞。
进一步地，所述拖缆张力监控功能由显控终端、拖缆、拖缆绞车和拖缆张力计实现；拖曳过程中，显控终端实时显示拖缆张力计实时测量的拖缆张力数据，超门限值时则启动拖缆绞车少量放出拖缆，张力过低时则启动拖缆绞车少量回收拖缆；统计因张力变化放出或回收拖缆的累计长度和张力超限时间比例，若超出限制则在显控终端监视界面报警，提示异常状态。
进一步地，所述探测拖体断电延时释放上浮功能由脐带缆、脱缆装置和拖体探测设备实现；当拖体探测设备的船电监测与延时控制模块发现船供电源被切断后开始延时，延时完成后驱动脱缆装置动作，解除脐带缆与探测拖体的物理连接，探测拖体在正浮力作用下上浮；延时其间若设备再次上电则延时中断；脱缆装置和拖体探测设备的船电监测与延时控制模块自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间。
进一步地，所述探测拖体水声释放上浮功能由显控终端、USBL基阵、脐带缆、脱缆装置和水声通讯机实现；当压载器触底或碰撞障碍物且触底冲击释放压载器功能失效时，若压载器水声释放功能失效，则通过显控终端控制USBL基阵向水声通讯机无线发送指令，控制脱缆装置断开脐带缆与探测拖体之间的承力连接，探测拖体在正浮力作用下上浮；脱缆装置和水声通讯机自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间。
进一步地，所述探测拖体水面位置上传功能由GPS+北斗组合导航系统和铱星浮标实现，探测拖体上浮至水面后，铱星浮标开始定期向卫星发射包含时间的位置信息，GPS+北斗组合导航系统收到上述信息后判断探测拖体位置及运动方向；铱星浮标自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间。
有益效果：
本发明将数据能源转换承力舱通过水声释放装置与压载器进行承力连接，数据能源转换承力舱与探测拖体通过脐带缆连接和通信，脐带缆与探测拖体的连接部位上设有脱缆装置；压载器通过释放压载的方式实现避免探测拖体触底或碰撞到障碍物；释放压载方式失效则通过水声释放装置接收释放指令完成压载器与数据能源转换承力舱之间物理连接的断开。同时采用前方地形探测预警、拖缆张力实时和探测拖体断电延时脱缆上浮等安全监控设备和措施，降低了高速拖曳过程中压载拖体触底风险、减少了压载拖体触底危害、保障了拖缆安全，提高了探测拖体回收可靠性。
附图说明
图1为本发明深海高速拖曳安全控制系统的组成示意图；
图2为本发明系统组成设备数据流向示意图。
其中，1-多波束测深声纳、2-显控终端、3-控制柜、4-姿态航向传感器、5-GPS+北斗组合导航系统、6-USBL基阵、7-拖缆绞车、8-拖缆张力计、9-压力传感器、10-高度计、11-拖缆、12-数据能源转换承力舱、13-水声释放装置、14-冲击解脱机构、15-脐带缆、16-脱缆装置、17-USBL应答器、18-水声通讯机、19-频闪灯、20-铱星浮标、21-拖体探测设备、22-探测拖体。
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。
如附图1所示，本发明提供了一种深海高速拖曳安全控制系统，系统包括显控终端2、多波束测深声纳1、控制柜3、姿态航向传感器4、GPS+北斗组合导航系统5、USBL基阵6、拖缆11、拖缆绞车7、拖缆张力计8、压力传感器9、高度计10、数据能源转换承力舱12、水声释放装置13、冲击解脱机构14、脐带缆15、脱缆装置16、USBL应答器17、水声通讯机18、频闪灯19、铱星浮标20、拖体探测设备21和探测拖体22等设备，具有前方地形探测预警、压载器离底高度监测预警、触底冲击释放压载器、压载器水声释放、拖缆张力监控、拖体位置与状态监测、拖体断电延时释放上浮、拖体水声释放上浮、拖体水面位置上传和拖体水面光学指示等功能，可降低压载器触底、拖缆破断等事故风险，提高探测拖体回收成功率。
前方地形探测预警功能主要涉及多波束测深声纳1、显控终端2、姿态航向传感器4、GPS/北斗组合导航系统5、压力传感器9和拖缆绞车等设备；通过多波束测深声纳1、姿态航向传感器4和GPS+北斗组合导航系统5等设备，形成拖体行进路线前方地形，即航线一定宽度区域内各位置与水深的对应关系；通过压力传感器9获取压载器定深情况(深度数据)；显控终端根据压载器定深数据和拖体行进路线前方地形，预判压载器离底高度是否满足要求。必要时控制拖缆绞车7收放拖缆11，预先调整压载器的定深，避免压载器触底或碰撞障碍物，各设备数据流向如图2所示。
压载器离底高度监测预警功能主要涉及显控终端2、拖缆11和高度计10等设备；压载器姿态稳定，高度计10可实时测得压载器的离底高度，并通过拖缆11和控制柜3将数据上传给显控终端2，显控终2端判断压载器离底高度是否满足要求。必要时控制拖缆绞车7收放拖缆11，调整压载器的定深，避免压载器触底碰撞，各设备数据流向如图2所示。
触底冲击释放压载器功能主要涉及冲击解脱机构14、数据能源转换承力舱12和探测拖体22等设备；压载器触底或碰撞到大型障碍物时，冲击解脱机构14达到动作门限，瞬时解脱压载器大部分体积和重量；在拖缆11的拉力作用下，数据能源转换承力舱12与压载器高度计10等设备之间的馈缆被扯断；深拖系统变为一级拖曳模式，因探测拖体定深力不足，探测拖体在水中迅速上升，避免拖体触底或碰撞到障碍物。
压载器水声释放功能主要涉及显控终端2、USBL基阵6和水声释放装置13等设备；当压载器触底或碰撞障碍物且触底冲击释放压载器功能失效时，若拖缆11未被扯断，则通过显控终端2控制USBL基阵6向水声释放装置13无线发送指令，断开数据能源转换承力舱12与压载器之间的承力连接。随后在拖缆11的拉力作用下，数据能源转换承力舱12与高度计10等设备之间的馈缆被扯断，断开了数据能源转换承力舱12与压载器之间的所有物理连接，为拖体回收创造了条件；水声释放装置自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱12为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间；各设备数据流向如图2所示。
拖缆张力监控功能主要涉及显控终端2、拖缆11、拖缆绞车7和拖缆张力计8等设备；拖曳过程中，显控终端2实时显示拖缆张力计18实时测量的拖缆张力数据，超门限值时则启动拖缆绞车少量放出拖缆，张力过低时则启动拖缆绞车少量回收拖缆；统计因张力变化放出(或回收)拖缆的累计长度和张力超限时间比例，若超出限制则在显控终端监视界面报警，提示异常状态，以便采取必要措施(如：高海况下适当降低拖曳航速)，各设备数据流向如图2所示。
探测拖体位置与状态监测功能主要涉及姿态航向传感器4、GPS+北斗组合导航系统5、USBL基阵6、USBL应答器17和拖体探测设备21等设备；
探测拖体断电延时释放上浮功能主要涉及脐带缆15、脱缆装置16和拖体探测设备21等设备；当拖体探测设备21的船电监测与延时控制模块发现船供电源被切断后开始延时，延时完成后驱动脱缆装置16动作，解除脐带缆与探测拖体的物理连接，探测拖体22在正浮力作用下上浮；延时其间若设备再次上电则延时中断；脱缆装置16和拖体探测设备21的船电监测与延时控制模块自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱12为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间；各设备数据流向如图2所示。
探测拖体水声释放上浮功能涉及显控终端2、USBL基阵6、脐带缆15、脱缆装置16和水声通讯机18等设备；当压载器触底或碰撞障碍物且触底冲击释放压载器功能失效时，若压载器水声释放功能失效，则通过显控终端2控制USBL基阵6向水声通讯机18无线发送指令，控制脱缆装置16断开脐带缆15与探测拖体22之间的承力连接，探测拖体22在正浮力作用下上浮；脱缆装置16和水声通讯机18自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱12为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间；各设备数据流向如图2所示。
探测拖体水面位置上传功能涉及GPS+北斗组合导航系统5和铱星浮标20等设备，探测拖体22上浮至水面后，铱星浮标20开始定期向卫星发射包含时间的位置信息，GPS+北斗组合导航系统5收到上述信息后就可判断探测拖体位置及运动方向；铱星浮标20自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱12为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间；各设备数据流向如图2所示。
拖体水面光学指示功能涉及频闪灯19等设备，探测拖体22上浮至水面后，频闪灯19开始按定制闪耀，以便光线较差环境下的搜寻和打捞；频闪灯19自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱12为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间。
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)

1.一种深海高速拖曳安全控制系统，其特征在于，系统包括安装在船体、压载器、水声释放装置、数据能源转换承力舱和探测拖体；
所述船体通过拖缆与数据能源转换承力舱进行连接和通信，数据能源转换承力舱通过水声释放装置与压载器进行承力连接，压载器内的压力传感器和高度计通过馈缆连接数据能源转换承力舱；所述数据能源转换承力舱与探测拖体通过脐带缆连接和通信，脐带缆与探测拖体的连接部位上设有脱缆装置；所述压载器通过释放压载的方式实现避免探测拖体触底或碰撞到障碍物；释放压载方式失效则通过水声释放装置接收释放指令完成压载器与数据能源转换承力舱之间物理连接的断开。
2.如权利要求1所述的深海高速拖曳安全控制系统，其特征在于，所述船体上安装多波束测深声纳、姿态航向传感器、GPS+北斗组合导航系统、USBL基阵和控制柜，所述探测拖体上安装拖体探测设备、USBL应答器、水声通讯机、频闪灯和铱星浮标；所述安全控制系统具备前方地形探测、压载器离底高度监测、拖缆张力监控、探测拖体断电延时释放上浮、探测拖体水声释放上浮、探测拖体水面位置上传和拖体水面光学指示功能。
3.如权利要求1或2所述的深海高速拖曳安全控制系统，其特征在于，所述前方地形探测功能通过多波束测深声纳、姿态航向传感器和GPS+北斗组合导航系统形成拖体行进路线前方地形，即航线一定宽度区域内各位置与水深的对应关系，压力传感器获取压载器深度数据；显控终端根据压载器定深数据和拖体行进路线前方地形，预判压载器离底高度是否满足预先设定要求，不满足时控制拖缆绞车收放拖缆调整压载器的定深，避免压载器触底或碰撞障碍物。
4.如权利要求2所述的深海高速拖曳安全控制系统，其特征在于，所述压载器离底高度监测功能由显控终端、拖缆和高度计实现；压载器姿态稳定，高度计可实时测得压载器的离底高度，并通过拖缆和控制柜将数据上传给显控终端，显控终端判断压载器离底高度是否满足预先设定要求，不满足时控制拖缆绞车收放拖缆，调整压载器的定深，避免压载器触底碰撞。
5.如权利要求2所述的深海高速拖曳安全控制系统，其特征在于，所述拖缆张力监控功能由显控终端、拖缆、拖缆绞车和拖缆张力计实现；拖曳过程中，显控终端实时显示拖缆张力计实时测量的拖缆张力数据，超门限值时则启动拖缆绞车少量放出拖缆，张力过低时则启动拖缆绞车少量回收拖缆；统计因张力变化放出或回收拖缆的累计长度和张力超限时间比例，若超出限制则在显控终端监视界面报警，提示异常状态。
6.如权利要求2所述的深海高速拖曳安全控制系统，其特征在于，所述探测拖体断电延时释放上浮功能由脐带缆、脱缆装置和拖体探测设备实现；当拖体探测设备的船电监测与延时控制模块发现船供电源被切断后开始延时，延时完成后驱动脱缆装置动作，解除脐带缆与探测拖体的物理连接，探测拖体在正浮力作用下上浮；延时其间若设备再次上电则延时中断；脱缆装置和拖体探测设备的船电监测与延时控制模块自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间。
7.如权利要求2所述的深海高速拖曳安全控制系统，其特征在于，所述探测拖体水声释放上浮功能由显控终端、USBL基阵、脐带缆、脱缆装置和水声通讯机实现；当压载器触底或碰撞障碍物且触底冲击释放压载器功能失效时，若压载器水声释放功能失效，则通过显控终端控制USBL基阵向水声通讯机无线发送指令，控制脱缆装置断开脐带缆与探测拖体之间的承力连接，探测拖体在正浮力作用下上浮；脱缆装置和水声通讯机自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间。
8.如权利要求2所述的深海高速拖曳安全控制系统，其特征在于，所述探测拖体水面位置上传功能由GPS+北斗组合导航系统和铱星浮标实现，探测拖体上浮至水面后，铱星浮标开始定期向卫星发射包含时间的位置信息，GPS+北斗组合导航系统收到上述信息后判断探测拖体位置及运动方向；铱星浮标自备充电电源，水下拖曳过程中由数据能源转换舱为其连续充电，尽可能维持应答器电池能量充足，延长应答器水下工作时间。
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