CN208498769U - 一种用于水下的定深拖体 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于水下的定深拖体，包括主框架、上盖、下盖、翼板和尾舵板，上盖和下盖分别设置在主框架的上端和下端，主框架径向的两侧各设有一个翼板，翼板竖直设置在主框架轴向的一端且与主框架垂直，两翼板之间设置有尾舵板，翼板的下端固定设置在主框架上；所述上盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流体和导流体，所述下盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流罩、长框罩和导流罩，迎流体、导流体、迎流罩和导流罩的一端均为均弧形曲面，上盖和下盖相互配合形成中空的容纳腔，主框架位于容纳腔内。本实用新型能够适应2000米的深海中而仍然保持定深拖体姿态的稳定性，能够适应不同深度的海底进行探测，适应能力强。

Description

一种用于水下的定深拖体

技术领域

本实用新型涉及探测装置技术领域，具体是一种用于水下的定深拖体。

背景技术

深水环境探测中很重要的一项就是探测获得重磁(重力场和磁力场)数据，重磁数据对军事和经济都有着非常重要的现实意义：1)用于海防，可将探测获得的高精度重磁数据建立重磁海图来直接用于水下导航；2)用于海洋油气勘探，重磁探测主要解决与油气相关的地质构造、特殊岩性分布等问题，达到间接寻找油气的作用。而为了获得高精度的重磁数据，可以采用移动式的测量方式，即采用拖曳方式，母船拖动装有测量设备的拖体进行海底探测，从而获得重磁数据，而由于测量设备获得高精度的重磁数据依赖于拖体姿态在海底拖曳状态下的稳定性，如果拖体姿态在拖曳状态不能保存很好的稳定性，拖体的姿态对测量设备探测重磁数据有着重要的影响；为了获得海底高精度的重磁数据，需要将测量设备深入至海底2000米以下，拖体深入海底越深，所获得的重磁数据也就越精确，在拖曳的过程中，要求拖体离海底的高度变化很小。而在深海2000米以下的环境中，普通拖体由于结构的原因，由于母船带来的晃动，母船拖曳拖体移动往往导致拖体不能保存稳定的姿态，再加上海流对拖体的影响，导致拖体往往上下左右偏移大且晃动剧烈，从而严重影响测量设备的测量精度；同时，像2000米深度的海洋对拖体产生强大的压力，要求拖体必须有足够的强度来承受这样的压力，所以普通拖体很难适应这样的高深度的海洋环境。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种用于水下的定深拖体，其能够解决在深海环境中仍能保持姿态的稳定性，且能够承受深海环境带来的压力。

实现本实用新型的技术方案为：一种用于水下的定深拖体，包括主框架、上盖、下盖、翼板和尾舵板，上盖和下盖分别设置在主框架的上端和下端，主框架径向的两侧各设有一个翼板，翼板竖直设置在主框架轴向的一端且与主框架垂直，两翼板之间设置有尾舵板，翼板的下端固定设置在主框架上；

所述上盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流体和导流体，所述下盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流罩、长框罩和导流罩，迎流体、导流体、迎流罩和导流罩的一端均为均弧形曲面，上盖和下盖相互配合形成中空的容纳腔，主框架位于容纳腔内；

所述迎流体上设有转接件，转接件上设有用于连接的承重接头，承重接头通过销轴与转接件连接，迎流体上还设有声学应答释放器，声学应答释放器通过应答释放器安装架安装在迎流体上；

所述容纳腔上设有定深电控舱，定深电控舱为密封结构，定深电控舱上通过安装框架固定设置在容纳腔内，安装框架上还安装有姿态仪、高度计和深度计，姿态仪用于测量定深拖体的姿态，高度计用于测量定深拖体离海底的高度，深度计用于测量定深拖体伸入海底的深度。

进一步地，所述定深电控舱为圆筒形，定深电控舱的直径为324mm、长度为550mm,定深电控舱的厚度为12mm。

进一步，所述导流体上设有用于确定定深拖体位置的第一信标组件，所述第一信标组件为光信标机和无线电信标机。

进一步地，所述上盖和下盖所构成的轮廓曲线包括A、B、C、D、E和F六段，其中，E和F段均为直线，E段对应为导流体和迎流体的直线部分，F段对应为配重底座，A、B、C和D段均为椭圆族函数曲线，A曲线和B曲线分别对应为迎流体的弧形曲面和迎流罩的弧形曲面，C曲线和D曲线分别对应为导流体的弧形曲面和导流罩的弧形曲面。

进一步地，所述A、B、C和D段的曲线方程分别是，

A段的曲线方程为：

B段的曲线方程为：

C段的曲线方程为：

D段的曲线方程为：

式中，D_A、D_B、D_C、D_D、L_A、L_B、L_C、L_D均为常数。

进一步地，所述D_A、D_B、D_C、D_D、L_A、L_B、L_C、L_D的取值分别为600、1000、600、1000、300、500、1300、1400。

进一步地，所述E段和F段的直线长度分别为1400和1100。

进一步地，所述尾舵板为NACA翼型，尾舵板的曲线方程为：式中，c为常数。

进一步地，所述翼板的上端设有一个主螺栓孔和若干个辅螺栓孔，若干个辅螺栓孔呈弧形排列设置，尾舵板通过设置在主螺栓孔和辅螺栓孔上的螺栓固定在翼板上，将尾舵板设置在不同的辅螺栓孔上来调节尾舵板倾斜角度的大小。

进一步地，所述配重模组包括配重底座和设置在配重底座上的若干配重板，配重模组悬挂在主框架内且可从主框架内脱离，配重底座通过连接件与起重吊环连接，声学应答释放器用于控制吊钩处于张开和闭合的状态之一，当吊钩处于张开的状态时，起重吊环与吊钩中脱离，当吊钩处于闭合的状态时，吊钩钩挂起重吊环。

本实用新型的有益效果为：

1)本实用新型能够适应2000米的深海中而仍然保持定深拖体姿态的稳定性，在拖曳过程中，定深拖体的俯仰角度变化＜1.5°，横滚角度变化＜2°，高度变化＜10m；

2)通过可调节配重模组的重量，使得定深拖体能够适应不同深度的海底进行探测；

3)通过声学应答释放器和配重模组进行连接，可以在定深拖体与母船的连接断开等意外情况发生时，通过发送命令控制声学应答释放器抛弃配重模组，从而使得定深拖体可以上浮进行回收，适应能力强。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的上盖和下盖所构成的轮廓曲线示意图；

图3为声学应答释放器与配重模组连接示意图之一；

图4为声学应答释放器与配重模组连接示意图之一；

图5为本实用新型内部的局部示意图；

图6为本实用新型的仰视图；

图中，201-承重接头、202-转接件、203-应答释放器安装架、204-声学应答释放器、205-无线电信标机、206-光信标机、207-导流体、208-翼板、209-尾舵板、210-导流罩、211-迎流罩、212-主框架、213-迎流体、214-配重板、215-配重底座、216-起重吊环、217-连接件、218-吊钩、219-定深电控舱、220-安装框架、221-抱箍、222-固定销轴。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

如图1至图6所示，一种用于水下的定深拖体，包括主框架212、上盖、下盖、翼板208和尾舵板209，上盖和下盖分别设置在主框架212的上端和下端，主框架212径向的两侧各设有一个翼板208，翼板208竖直设置在主框架212轴向的一端且与主框架212垂直，两翼板208之间设置有尾舵板209，翼板208的下端通过螺栓固定设置在主框架212上，翼板208的上端设有一个主螺栓孔和若干个辅螺栓孔，若干个辅螺栓孔呈弧形排列设置，尾舵板209通过设置在主螺栓孔和辅螺栓孔上的螺栓固定在翼板208上，通过螺栓将尾舵板209设置在不同的辅螺栓孔上，可以调节尾舵板209倾斜角度的大小；

在本实施例中，尾舵板209和翼板208均采用聚乙烯材料制成。

所述上盖包括沿着主框架212轴向从左至右依次设置的迎流体213和导流体207，所述下盖包括沿着主框架212轴向从左至右依次设置的迎流罩211、长框罩和导流罩210，迎流体213、导流体207、迎流罩211和导流罩210的一端均为均弧形曲面，迎流体213、导流体207的另一端为直线部分，上盖和下盖相互配合形成中空的容纳腔，主框架212位于容纳腔内；

所述迎流体213上设有转接件202，转接件202上设有承重接头201，承重接头201通过规格为M30的销轴与转接件202连接，承重接头201为倾斜设置，光电复合缆通过承重接头201和转接件202与定深拖体连接；迎流体213上还设有声学应答释放器204，声学应答释放器204通过应答释放器安装架203安装在迎流体213上，应答释放器安装架203包括用于将声学应答释放器204固定住的抱箍221，声学应答释放器204上端通过固定销轴222与应答释放器安装架203固定连接，通过固定销轴222和抱箍221确保声学应答释放器204固定安装在应答释放器安装架203；

所述容纳腔上设有配重模组和定深电控舱219，配重模组包括一个配重底座215和设置在配重底座215上的若干个配重板214，通过增减配重板214的数量来调节配重模组的重量，如图6所示，配重底座215的底面介于导流罩210和迎流罩211之间，配重底座215的底面正好形成容纳腔的底面，配重底座215通过连接件217与起重吊环216连接，起重吊环216与声学应答释放器204底部的吊钩218连接，使得整个配重模组悬挂在主框架212内，声学应答释放器204用于控制吊钩218处于张开和闭合的状态之一，当吊钩218被声学应答释放器204控制而处于张开的状态时候，起重吊环216可以从吊钩218中脱离，当吊钩218被声学应答释放器204控制而处于闭合的状态时候，吊钩218钩挂起重吊环216进而通过声学应答释放器204来释放或提拉配重模组，在定深拖体与母船连接的复合缆断裂的意外情况发生时，发送命令控制声学应答释放器204释放配重模组，配重模组从主框架212内脱离，从而使得定深拖体上浮进行回收；

所述定深电控舱219为密封结构，定深电控舱219内设有变压器、电源模块和控制模块，变压器用于将母船提供的电压进行降压，电源模块用于给定深拖体上的电子设备提供电源，控制模块用于控制电子设备的运行，定深电控舱219上通过安装框架220固定设置在容纳腔内，安装框架220上还安装有姿态仪、高度计和深度计，姿态仪用于获得当前定深拖体的姿态数据，高度计用于测量当前定深拖体离海底的高度，深度计用于测量当前定深拖体伸入海底的深度；设置配重模组的目的是为了定深拖体能够可靠投放和回收，为了能适应不同高度的实际深海探测环境，配重模组的重量可以调节；

在实际运行过程中，当需要回收定深拖体时，可以通过声学应答释放器204控制来释放配重模组，定深拖体在浮力的作用下上浮到海面，从而回收定深拖体；

在2000米的深海中，定深电控舱219需要能够承受20MPa的外部水压，为此，定深电控舱219为圆柱形外壳结构且还需要对定深电控舱219的尺寸进行精心设计，在本实施例中，定深电控舱219的尺寸为直径324mm、长度为550mm,定深电控舱219轴向两端的封头厚度为38mm,电控舱壳体材料选用TC4钛合金，其材料特性参数为：密度4500kg/m³,抗拉强度895MPa，屈服强度825MPa，弹性模量113GPa，泊松比0.33；根据海洋环境，设计强度为25MPa(即为载荷条件为均布的静水压力)，定深电控舱219壳体外径R₀选取162mm,而壳体厚度t需要满足以下条件：

式中，为修正系数，初始计算时，取δ_s表示屈服强度，取值为825，P_j表示设计强度，取值为25；

计算得出：t≥5.6mm，考虑到设计及加工工艺等设计情况，为此，选定本实施例中的定深电控舱219壳体的厚度t＝12mm,进而确定定深电控舱219壳体的内径R＝150mm,定深电控舱219壳体的外径R₀＝162mm。

经过理论计算和实际验证，上述定深电控舱219的尺寸参数满足在2000米深海中对舱体稳定性、强度均满足要求。

所述导流体207上设有第一信标组件，通过第一信标组件可以确定当前定深拖体的位置。

在本实施例中，第一信标组件为光信标机206和无线电信标机205，通过设置光信标机206和无线电信标机205可以指示近海底定深拖体的位置，便于施工人员在布放或回收时确认定深拖体的位置，从而可以方便在夜晚或天气状况不好的情况下进行布放与回收。

在本实施例中，所述上盖为浮力材料制成，优选地，采用高强度的玻璃微珠材料，通过采用高性能的浮力材料并将上盖安装在主框架212的上端，起到调整定深拖体浮心和质心的作用，有效保证拖曳状态下的姿态稳定性，同时在发生水下事故后为定深拖体的上浮提供正浮力。

为了定深拖体能够在深海2000米甚至更深的海底下保持姿态稳定，需要对定深拖体的轮廓结构，即定深拖体的流体结构进行精心的设计：

如图2所示，定深拖体的上盖和下盖所构成的轮廓曲线包括A、B、C、D、E和F六段，其中，E段和F段均为直线，E段对应为导流体207和迎流体213的直线部分，F段对应为配重底座215，A、B、C和D段均为椭圆族函数曲线，A曲线和B曲线分别对应为迎流体213弧形曲面和迎流罩211弧形曲面，C曲线和D曲线分别对应为导流体207弧形曲面和导流罩210弧形曲面，A、B、C和D段的形状由其各自的曲线方程确定，也即迎流体213弧形曲面、迎流罩211弧形曲面、导流体207弧形曲面和导流罩210弧形曲面的轮廓曲线形状分别由A、B、C和D段的曲线方程确定，A、B、F、D、C和E段首尾依次连接构成了上盖和下盖所构成的轮廓曲线形状，也即形成图2的形状，A、B、C和D段的曲线方程可在同一个原点或不同原点的0xy坐标系(即笛卡尔坐标系)下建立,A、B、C和D段在0xy坐标系下的曲线方程分别是，

A段的曲线方程为：

B段的曲线方程为：

C段的曲线方程为：

D段的曲线方程为：

其中，X_A、X_B、X_C、X_D代表x轴，Y_A、Y_B、Y_C、Y_D代表y轴，D_A、D_B、D_C、D_D、L_A、L_B、L_C、L_D均为常数，在本实施例中，它们的取值分别为600、1000、600、1000、300、500、1300、1400；E段和F段的直线长度可以根据实际定深拖体的总长来确定，在本实施例中，E段和F段的直线长度分别为1400和1100。

尾舵板209为NACA翼型，通过设计这样的形状，配合调整尾舵板209的角度，确保定深拖体具有良好的俯仰、翻滚和航向保持的能力，从而使得定深拖体的姿态更稳定，尾舵板209的轮廓曲线形状由其曲线方程确定，在0xy坐标系(即笛卡尔坐标系)下建立的尾舵板209的曲线方程为：

式中，x表示x轴，y表示y轴，c表示弦长，是常数，优选为400。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水下的定深拖体，其特征在于：包括主框架、上盖、下盖、翼板和尾舵板，上盖和下盖分别设置在主框架的上端和下端，主框架径向的两侧各设有一个翼板，翼板竖直设置在主框架轴向的一端且与主框架垂直，两翼板之间设置有尾舵板，翼板的下端固定设置在主框架上；

所述上盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流体和导流体，所述下盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流罩、长框罩和导流罩，迎流体、导流体、迎流罩和导流罩的一端均为均弧形曲面，上盖和下盖相互配合形成中空的容纳腔，主框架位于容纳腔内；

所述迎流体上设有转接件，转接件上设有用于连接的承重接头，承重接头通过销轴与转接件连接，迎流体上还设有声学应答释放器，声学应答释放器通过应答释放器安装架安装在迎流体上；

所述容纳腔上设有定深电控舱，定深电控舱为密封结构，定深电控舱上通过安装框架固定设置在容纳腔内，安装框架上还安装有姿态仪、高度计和深度计，姿态仪用于测量定深拖体的姿态，高度计用于测量定深拖体离海底的高度，深度计用于测量定深拖体伸入海底的深度。

2.根据权利要求1所述的用于水下的定深拖体，其特征在于：所述定深电控舱为圆筒形，定深电控舱的直径为324mm、长度为550mm、厚度为12mm。

3.根据权利要求1所述的用于水下的定深拖体，其特征在于：所述导流体上设有用于确定定深拖体位置的第一信标组件，所述第一信标组件为光信标机和无线电信标机。

4.根据权利要求1所述的用于水下的定深拖体，其特征在于：所述上盖和下盖所构成的轮廓曲线包括A、B、C、D、E和F六段，其中，E和F段均为直线，E段对应为导流体和迎流体的直线部分，F段对应为配重底座，A、B、C和D段均为椭圆族函数曲线，A曲线和B曲线分别对应为迎流体的弧形曲面和迎流罩的弧形曲面，C曲线和D曲线分别对应为导流体的弧形曲面和导流罩的弧形曲面。

5.根据权利要求4所述的用于水下的定深拖体，其特征在于：所述A、B、C和D段的曲线方程分别是，

A段的曲线方程为：

B段的曲线方程为：

C段的曲线方程为：

D段的曲线方程为：

式中，D_A、D_B、D_C、D_D、L_A、L_B、L_C、L_D均为常数。

6.根据权利要求5所述的用于水下的定深拖体，其特征在于：所述D_A、D_B、D_C、D_D、L_A、L_B、L_C、L_D的取值分别为600、1000、600、1000、300、500、1300、1400。

7.根据权利要求4所述的用于水下的定深拖体，其特征在于：所述E段和F段的直线长度分别为1400和1100。

8.根据权利要求1所述的用于水下的定深拖体，其特征在于：所述尾舵板为NACA翼型，尾舵板的曲线方程为：

式中，c为常数。

9.根据权利要求1所述的用于水下的定深拖体，其特征在于：所述翼板的上端设有一个主螺栓孔和若干个辅螺栓孔，若干个辅螺栓孔呈弧形排列设置，尾舵板通过设置在主螺栓孔和辅螺栓孔上的螺栓固定在翼板上，将尾舵板设置在不同的辅螺栓孔上来调节尾舵板倾斜角度的大小。

10.根据权利要求1所述的用于水下的定深拖体，其特征在于：所述容纳腔内还设有配重模组，配重模组包括配重底座和设置在配重底座上的若干配重板，配重模组悬挂在主框架内且可从主框架内脱离，配重底座通过连接件与起重吊环连接，起重吊环与声学应答释放器底部的吊钩连接，声学应答释放器用于控制吊钩处于张开和闭合的状态之一，当吊钩处于张开的状态时，起重吊环与吊钩中脱离，当吊钩处于闭合的状态时，吊钩钩挂起重吊环。