[發(fā)明專(zhuān)利]一種深海拖體應(yīng)急避障機(jī)構(gòu)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011305128.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112389612B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸凱;李志彤;楊源;周吉祥;單瑞;劉慧敏;于得水;徐華源
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 青島海洋地質(zhì)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): B63C11/34
• 分類(lèi)號(hào): B63C11/34;B63B21/66
• 代理公司: 青島中天匯智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 王丹丹;萬(wàn)桂斌

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

所述減速變向機(jī)構(gòu)(8)對(duì)稱(chēng)固定安裝在拖體框架(6)的左右兩側(cè)，減速變向機(jī)構(gòu)(8)包括側(cè)翼(11)、推進(jìn)器(17)和電機(jī)(12)，推進(jìn)器(17)固定安裝在側(cè)翼(11)上，側(cè)翼(11)與電機(jī)(12)輸出軸相連，通過(guò)電機(jī)(12)驅(qū)動(dòng)側(cè)翼(11)以電機(jī)輸出軸所在直線為旋轉(zhuǎn)軸在豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所述側(cè)翼(11)與電機(jī)(12)輸出軸之間安裝有驅(qū)動(dòng)軸(15)和聯(lián)軸器(14)，側(cè)翼(11)通過(guò)鎖緊螺母(16)與驅(qū)動(dòng)軸(15)轉(zhuǎn)接，驅(qū)動(dòng)軸(15)與聯(lián)軸器(14)的一端相連，聯(lián)軸器(14)的另一端與電機(jī)(12)輸出軸相連；

所述急停機(jī)構(gòu)(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(jī)構(gòu)，阻力傘(19)與彈出機(jī)構(gòu)相連并折疊安裝在傘艙(18)內(nèi)；彈出機(jī)構(gòu)包括彈簧組件(20)、熔斷釋放機(jī)構(gòu)(21)和沖擊板(22)，彈簧組件(20)安裝在沖擊板(22)和傘艙(18)的內(nèi)側(cè)壁之間，熔斷釋放機(jī)構(gòu)(21)一端與傘艙內(nèi)側(cè)壁相連，另一端與沖擊板(22)相連，熔斷釋放機(jī)構(gòu)(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(jì)程儀以及超短基線定位系統(tǒng)的應(yīng)答器和深度傳感器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海拖體應(yīng)急避障機(jī)構(gòu)，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(nèi)還安裝有配重塊(7)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海拖體應(yīng)急避障機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述拖體框架(6)尾部頂端的兩側(cè)安裝有尾翼(10)，所述尾翼(10)和側(cè)翼(11)均選用NACA0012翼型。

4.基于權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述深海拖體應(yīng)急避障機(jī)構(gòu)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(guò)程中，通過(guò)聲吶實(shí)時(shí)探測(cè)前方障礙物，并將檢測(cè)到海山時(shí)與海山的直線距離記為L(zhǎng)；

步驟2、將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的拖體與海山之間的直線距離L與設(shè)定的有效避障距離S進(jìn)行比較：若SL，則由控制裝置控制減速變向機(jī)構(gòu)進(jìn)行避障，若S≥L，執(zhí)行步驟3；

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

步驟22、若判定VL/V₀ H，則通過(guò)減速變向機(jī)構(gòu)的變向避開(kāi)海山，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)翼逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，使推進(jìn)器位于正下方，同時(shí)推進(jìn)器啟動(dòng)，帶動(dòng)拖體上升直至完全避開(kāi)海山，當(dāng)檢測(cè)到拖體完全越過(guò)海山山體后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)翼順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度，使推進(jìn)器位于正上方，推進(jìn)器反向驅(qū)動(dòng)拖體直至回歸至初始深度，推進(jìn)器斷電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)翼逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度回歸初始狀態(tài)；

步驟23、若判定VL/V₀≤H，則通過(guò)減速變向機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速避障，電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)翼直接旋轉(zhuǎn)180度，使推進(jìn)器反向推進(jìn)，迫使拖體減速直至停止運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)回收拖纜進(jìn)行拖體的后續(xù)避障；

步驟3、若S≥L，則啟動(dòng)急停機(jī)構(gòu)，打開(kāi)傘艙門(mén)并張開(kāi)阻力傘，利用阻力傘提供的流體阻力迫使拖體急停，并通過(guò)回收拖體進(jìn)行重新布放。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海拖體應(yīng)急避障機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述步驟1中關(guān)于有效避障距離S的設(shè)定，具體采用以下方式：

設(shè)左右側(cè)翼上的推進(jìn)器提供的最大推力和為F_max，拖體的質(zhì)量為m，且拖體利用減速變向機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速時(shí)的運(yùn)動(dòng)視為勻減速直線運(yùn)動(dòng)，則拖體的有效避障距離S滿(mǎn)足：即

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海拖體應(yīng)急避障機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述步驟21中，推進(jìn)器能提供給拖體垂直方向上的最大穩(wěn)定速度為V通過(guò)以下方式確定：

設(shè)拖體在水中受到的浮力為F₀，拖體勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)為k，忽略垂直方向上的加速過(guò)程，有F_max+F₀-mg-kV²＝0，即可得到推進(jìn)器給拖體垂直方向上的最大穩(wěn)定速度