[發明專利]一種深海拖體應急避障機構及其控制方法

有效

• 申請號: 202011305128.0
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112389612B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 陸凱;李志彤;楊源;周吉祥;單瑞;劉慧敏;于得水;徐華源
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: B63C11/34
• 分類號: B63C11/34;B63B21/66
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 王丹丹;萬桂斌

1.一種深海拖體應急避障機構，其特征在于：包括承載拖體的拖體框架(6)、減速變向機構(8)和急停機構(9)，拖體框架(6)的前端安裝有聲吶(4)，拖體框架(6)內安裝有控制裝置(2)和儀器艙(3)，減速變向機構(8)、急停機構(9)和儀器艙(3)均與控制裝置(2)電連接；

所述減速變向機構(8)對稱固定安裝在拖體框架(6)的左右兩側，減速變向機構(8)包括側翼(11)、推進器(17)和電機(12)，推進器(17)固定安裝在側翼(11)上，側翼(11)與電機(12)輸出軸相連，通過電機(12)驅動側翼(11)以電機輸出軸所在直線為旋轉軸在豎直面內旋轉，所述側翼(11)與電機(12)輸出軸之間安裝有驅動軸(15)和聯軸器(14)，側翼(11)通過鎖緊螺母(16)與驅動軸(15)轉接，驅動軸(15)與聯軸器(14)的一端相連，聯軸器(14)的另一端與電機(12)輸出軸相連；

所述急停機構(9)安裝在拖體框架(6)的尾部，包括傘艙(18)、阻力傘(19)以及彈出機構，阻力傘(19)與彈出機構相連并折疊安裝在傘艙(18)內；彈出機構包括彈簧組件(20)、熔斷釋放機構(21)和沖擊板(22)，彈簧組件(20)安裝在沖擊板(22)和傘艙(18)的內側壁之間，熔斷釋放機構(21)一端與傘艙內側壁相連，另一端與沖擊板(22)相連，熔斷釋放機構(21)與控制裝置電連接；

所述儀器艙(3)中搭載有多普勒速度計程儀以及超短基線定位系統的應答器和深度傳感器。

2.根據權利要求1所述的深海拖體應急避障機構，其特征在于：所述拖體框架(6)的頂部安裝有浮力部件(1)，拖體框架(6)內還安裝有配重塊(7)。

3.根據權利要求1所述的深海拖體應急避障機構，其特征在于：所述拖體框架(6)尾部頂端的兩側安裝有尾翼(10)，所述尾翼(10)和側翼(11)均選用NACA0012翼型。

4.基于權利要求1-3任一項所述深海拖體應急避障機構的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將拖體的有效避障距離記為S，拖體工作過程中，通過聲吶實時探測前方障礙物，并將檢測到海山時與海山的直線距離記為L；

步驟2、將實時檢測到的拖體與海山之間的直線距離L與設定的有效避障距離S進行比較：若SL，則由控制裝置控制減速變向機構進行避障，若S≥L，執行步驟3；

步驟21、測得拖體的深度H₁，海山頂部的水深H₂，得到拖體相對于海山頂部的高度差H＝H₁-H₂；通過測得此時拖體的水平速度為V₀，并基于得到的推進器提供給拖體垂直方向上的最大穩定速度V，對VL/V₀與H的大小進行判定；

步驟22、若判定VL/V₀ H，則通過減速變向機構的變向避開海山，通過電機驅動側翼逆時針旋轉90度，使推進器位于正下方，同時推進器啟動，帶動拖體上升直至完全避開海山，當檢測到拖體完全越過海山山體后，電機驅動側翼順時針旋轉180度，使推進器位于正上方，推進器反向驅動拖體直至回歸至初始深度，推進器斷電，電機驅動側翼逆時針旋轉90度回歸初始狀態；

步驟23、若判定VL/V₀≤H，則通過減速變向機構進行減速避障，電機驅動側翼直接旋轉180度，使推進器反向推進，迫使拖體減速直至停止運動，并通過回收拖纜進行拖體的后續避障；

步驟3、若S≥L，則啟動急停機構，打開傘艙門并張開阻力傘，利用阻力傘提供的流體阻力迫使拖體急停，并通過回收拖體進行重新布放。

5.根據權利要求4所述的深海拖體應急避障機構，其特征在于：所述步驟1中關于有效避障距離S的設定，具體采用以下方式：

設左右側翼上的推進器提供的最大推力和為F_max，拖體的質量為m，且拖體利用減速變向機構進行減速時的運動視為勻減速直線運動，則拖體的有效避障距離S滿足：即

6.根據權利要求4所述的深海拖體應急避障機構，其特征在于：所述步驟21中，推進器能提供給拖體垂直方向上的最大穩定速度為V通過以下方式確定：

設拖體在水中受到的浮力為F₀，拖體勻速運動時的阻力系數為k，忽略垂直方向上的加速過程，有F_max+F₀-mg-kV²＝0，即可得到推進器給拖體垂直方向上的最大穩定速度