CN208802135U

CN208802135U - 一种用于水下的探测拖体

Info

Publication number: CN208802135U
Application number: CN201821110198.9U
Authority: CN
Inventors: 陈洁; 任翀; 何水原; 蔺本浩; 温泉; 廖开训
Original assignee: Guangzhou Marine Geological Survey
Current assignee: Guangzhou Marine Geological Survey
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2019-04-30
Anticipated expiration: 2028-07-12

Abstract

本实用新型涉及一种用于水下的探测拖体，包括主骨架、上浮板、下底板、侧板和尾侧板，所述上浮板和下底板分别设置在主骨架的上端和下端，上浮板和下底板相互配合形成中空的容纳腔，主骨架位于容纳腔内，主骨架径向的两侧各设置一个侧板，侧板轴向方向的一端设有竖直设置的尾侧板；上浮板上设有用于投放或回收用的起吊装置；上浮板包括沿着主骨架轴向从左至右依次设置的迎流上部、上面板和导流上部，下底板包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流下部和导流下部，迎流上部和迎流下部组成迎流部，导流上部和导流下部组成导流部。本实用新型适应2000米的深海中而保持姿态的稳定性，俯仰角度变化＜1.5°，横滚角度变化＜2°，高度变化＜10m。

Description

一种用于水下的探测拖体

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探测拖体。

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，要求拖体以及拖体上的设备必须有足够的强度来承受这样的压力，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探测拖体，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：一种用于水下的探测拖体，包括主骨架、上浮板、下底板、侧板和尾侧板，所述上浮板和下底板分别设置在主骨架的上端和下端，上浮板和下底板相互配合形成中空的容纳腔，主骨架位于容纳腔内，主骨架径向的两侧各设置一个侧板，侧板轴向方向的一端设有竖直设置的尾侧板；

所述上浮板上设有用于投放或回收用的起吊装置；

所述上浮板包括沿着主骨架轴向从左至右依次设置的迎流上部、上面板和导流上部，所述下底板包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流下部和导流下部，迎流上部和迎流下部组成迎流部，导流上部和导流下部组成导流部；

所述容纳腔内设有探测电控舱以及与探测电控舱电性连接的探测设备组。

进一步地，所述探测设备组包括重力仪、磁力仪、姿态仪、高度计、深度计和DVL。

进一步地，所述容纳腔内还设有与探测电控舱电性连接的舵机，舵机与设置在侧板外侧的水平翼板连接并可驱动水平翼板旋转，舵机安装在传感器安装架上，传感器安装架固定安装在主骨架上。

进一步地，所述上浮板设有用于确定位置的第二信标组件，所述第二信标组件为光信标机和无线电信标机。

进一步地，所述上浮板为浮力材料制成。

进一步地，所述探测电控舱为圆筒形，探测电控舱的直径为324mm、长度为680mm,探测电控舱的厚度为10mm,探测电控舱轴向两端的封头厚度为38mm。

进一步地，所述探测拖体的上浮板和下底板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，A、B、C和D段均为椭圆族函数曲线，E段对应为上面板的轮廓，F段对应为侧板的底边轮廓，A曲线和B曲线分别对应为迎流上部和迎流下部，C曲线和D曲线分别对应为导流上部和导流下部。

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800、800、800、800、600、600、1200、800。

进一步地，沿着所述探测拖体前进方向的前端设有用于连接的电滑环。

本实用新型的有益效果为：通过设计良好的流体结构和足够的强度，使得本实用新型能够适应2000米的深海中而仍然保持探测拖体姿态的稳定性，在拖曳过程中，探测拖体的俯仰角度变化＜1.5°，横滚角度变化＜2°，高度变化＜10m。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型内部的局部结构示意图；

图3为图1翻转180°后的结构示意图；

图4为本实用新型的上浮板和下底板所构成的轮廓曲线示意图；

图中，301-迎流上部、302-U形吊钩、303-连接组件、304-上面板、305-光信标机、306-导流上部、307-尾侧板、308-磁力仪、309-水平翼板、310-侧板、311-无线电信标机、312-迎流下部、313-主骨架、314-电滑环、315-探测电控舱、316-舵机、317-重力仪、318-导流下部。

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4所示，一种用于水下的探测拖体，包括主骨架313、上浮板、下底板、侧板310、尾侧板307和电滑环314，所述上浮板和下底板分别设置在主骨架313的上端和下端，上浮板和下底板相互配合形成中空的容纳腔，主骨架313位于容纳腔内，主骨架313径向的两侧各设置一个侧板310，侧板310轴向方向的一端设有竖直设置的尾侧板307，沿着探测拖体前进方向的前端设有用于连接的电滑环314，通过电滑环314连接轻质复合缆，轻质复合缆连接定深拖体，实现将探测拖体与定深拖体连接组成二级拖曳系统；

所述上浮板上设有用于将探测拖体投放或回收用的起吊装置，起吊装置包括连接组件303和与连接组件303连接的U形吊钩302，U形吊钩302通过螺钉固定在连接件上，连接件通过螺栓固定在上面板304上；

所述上浮板包括沿着主骨架313轴向从左至右依次设置的迎流上部301、上面板304和导流上部306，所述下底板包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流下部312和导流下部318，迎流上部301和迎流下部312组成迎流部，导流上部306和导流下部318组成导流部，迎流部和导流部符合流体力学，有利于探测拖体在深海中保持姿态稳定前行；

所述容纳腔内设有探测电控舱315以及均与探测电控舱315电性连接的探测设备组，探测电控舱315控制探测设备组的运行，本实施例中，所述探测设备组包括重力仪317、磁力仪308、姿态仪、高度计、深度计和多普勒测速仪(Doppler Velocity Log,DVL)，重力仪317用于测量重力场数据，磁力仪308用于测量磁力场数据，姿态仪用于获得当前探测拖体的姿态数据，高度计用于测量当前探测拖体离海底的高度，深度计用于测量当前探测拖体深入海底的深度，DVL用于获得当前探测拖体的加速度和速度等数据，加速度和速度等数据可应用于重力仪317中，重力仪317和舵机316安装在传感器安装架(图中未示出)上，传感器安装架固定安装在主骨架313上；

所述容纳腔内还设有探测电控舱315电性连接的舵机316，舵机316与设置在侧板310外侧的水平翼板309连接并可驱动水平翼板309旋转，从而调节水平翼板309的角度，通过改变水平翼板309的角度可以更好地控制探测拖体在水中的姿态，磁力仪308、姿态仪、高度计、深度计和DVL均直接安装在主骨架313上，磁力仪308沿着主骨架313轴向设置且从导流下部318伸出，重力仪317竖直设置在主骨架313上。

所述上浮板设有第二信标组件，通过二信标组件可以确定当前探测拖体的位置。

在本实施例中，第二信标组件为光信标机305和无线电信标机311，通过设置光信标机305和无线电信标机311可以指示近海底探测拖体的位置，便于施工人员在布放或回收时确认探测拖体的位置，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，所述上浮板为浮力材料制成，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浮板安装在主骨架313的上端，起到调整定深拖体浮心和质心的作用，有效保证探测拖体在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；上浮板通过螺栓与主骨架313进行装配，且上浮板上设有用于重力仪317插拔的孔位。

如图3所述，探测拖体的底部中段为镂空结构，使得探测电控舱315直接接触到海水，使得包括探测电控舱315、重力仪317和磁力仪308在内的探测设备组可以将热量交换出去，同时，在2000米的深海中，探测电控舱315还需要能够承受20MPa的外部水压，为此，探测电控舱315为圆柱形外壳结构且还需要对探测电控舱315的尺寸进行精心设计，在本实施例中，探测电控舱315的尺寸为直径324mm、长度为680mm,探测电控舱315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)，探测电控舱315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，选定本实施例中的探测电控舱315壳体的厚度t＝10mm,进而确定探测电控舱315壳体的内径R＝152mm,探测电控舱315壳体的外径R₀＝162mm。

经过理论计算和实际验证，上述探测电控舱315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。

为了探测拖体能够在深海2000米甚至更深的海底下保持姿态稳定，需要对探测拖体的轮廓曲线结构，即探测拖体的流体结构进行精心的设计：

如图4所示，探测拖体的上浮板和下底板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段对应为上面板304的轮廓，F段对应为侧板310的底边轮廓，A曲线和B曲线分别对应为迎流上部301和迎流下部312，C曲线和D曲线分别对应为导流上部306和导流下部318，A、B、C和D段的形状由其各自的曲线方程确定，也即迎流上部301、迎流下部312、导流上部306和导流下部318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浮板和下底板所构成的轮廓曲线形状，也即形成图4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段均为椭圆族函数曲线，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800、800、800、800、600、600、1200、800；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1300和1700。

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

1.一种用于水下的探测拖体，包括主骨架、上浮板、下底板、侧板和尾侧板，所述上浮板和下底板分别设置在主骨架的上端和下端，上浮板和下底板相互配合形成中空的容纳腔，主骨架位于容纳腔内，主骨架径向的两侧各设置一个侧板，侧板轴向方向的一端设有竖直设置的尾侧板；

所述上浮板上设有用于投放或回收用的起吊装置；

2.根据权利要求1所述的用于水下的探测拖体，其特征在于：所述探测设备组包括重力仪、磁力仪、姿态仪、高度计、深度计和DVL。

3.根据权利要求1所述的用于水下的探测拖体，其特征在于：所述容纳腔内还设有与探测电控舱电性连接的舵机，舵机与设置在侧板外侧的水平翼板连接并可驱动水平翼板旋转，舵机安装在传感器安装架上，传感器安装架固定安装在主骨架上。

4.根据权利要求1所述的用于水下的探测拖体，其特征在于：所述上浮板设有用于确定位置的第二信标组件，所述第二信标组件为光信标机和无线电信标机。

5.根据权利要求1所述的用于水下的探测拖体，其特征在于：所述上浮板为浮力材料制成。

6.根据权利要求1所述的用于水下的探测拖体，其特征在于：所述探测电控舱为圆筒形，探测电控舱的直径为324mm、长度为680mm,探测电控舱的厚度为10mm,探测电控舱轴向两端的封头厚度为38mm。

7.根据权利要求1所述的用于水下的探测拖体，其特征在于：所述探测拖体的上浮板和下底板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，A、B、C和D段均为椭圆族函数曲线，E段对应为上面板的轮廓，F段对应为侧板的底边轮廓，A曲线和B曲线分别对应为迎流上部和迎流下部，C曲线和D曲线分别对应为导流上部和导流下部。

8.根据权利要求7所述的用于水下的探测拖体，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。

9.根据权利要求8所述的用于水下的探测拖体，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800、800、800、800、600、600、1200、800。

10.根据权利要求1所述的用于水下的探测拖体，其特征在于：沿着所述探测拖体前进方向的前端设有用于连接的电滑环。