一种多拖体全航态定深与矢量布放技术的制作方法

本发明涉及水下监测响应，尤其是基于一种多拖体全航态定深与矢量布放技术的水下监测响应，可用于海上科考或水下安保领域。

背景技术：

在海上科考或水下安保领域，有时需要对深度小于60米的上层带状水体实施近场、广域的同步监测与响应。采用船载拖曳设备实施移动监测是一种传统的作业方式，但目前的拖曳式监控设备大多为单拖体结构，受水下环境的特殊性影响，单拖体结构的作用范围有限且分辨率差，无法满足对大长度、直径数十米范围内的带状水体实施全航态和精细化的同步移动监测与响应。而且，现有的拖曳设备在载船航速较高、拖曳缆长较短的情况下，水下拖体容易浮出水面，无法满足高航速下的定深监测响应需求。另外，对于载船难以驶入的特殊水域开展监控作业时，如暗礁水域、洞体水域、浅海水域等等，单纯依靠船载拖曳方式无法进入，也就无法满足相应条件下的监测响应需求，尽管采取小型自航式单拖体拖曳能够解决这一问题，但无法在特殊条件下按照指定形状布放多拖体结构。鉴于此，有必要围绕水下监测响应设备发展一种多拖体全航态定深与矢量布放技术。

中国发明专利201610399273.7公开的“一种海洋拖曳线阵深度控制装置”采取翼状拖体实现定深控制，与拖曳线列阵结合后可实现拖曳状态下的定深监测及远程识别，但无法实现低速或静止状态下对近场、广域的上层带状水体实施同步定深监测响应，也不具备对上述特殊水域实施自航作业和矢量布放的定深监测响应能力。

中国实用新型专利201420175771.x公开的“主动导航式海洋可控电流源水下拖体装置”瞄准海底监测，通过采取单拖体主动推进的方式实现高速移动时对中性浮力天线的定深控制，但无法在静止或低速航态下对较大负浮力的拖曳设备实现定深控制，而且依赖载船供电、不具备独立自航和按复杂形状矢量布放拖体的能力。

中国发明专利201710050119.3公开的“一种多拖体水下定深监测响应系统”利用多拖体对近场、广域的上层带状水体实现同步监测响应作业，但由于只采取悬浮拖曳、自身配重与翼结构为定深控制手段，当连接缆长度被限定较短且载船拖曳航速较高的状态下，水下拖体仍会上浮到水表，无法对3米~60米的水深环境实施全航态、精细化的定深监测与响应，而且拖体子系统也不具备按复杂形状进行矢量自航与布放作业的能力。

技术实现要素：

为了克服上述不足，本发明提供一种多拖体全航态定深与矢量布放技术，旨在满足不同航行状态下对近场、广域的上层带状水体进行同步、实时、高分辨率的监测响应作业需求，并面向特殊水域作业环境形成短距自航、矢量布放的监测响应能力。

本发明所采用的技术方案是：

一种多拖体全航态定深与矢量布放技术，包括拖体子系统(1)、拖缆子系统、总控子系统(2)，所述拖缆子系统包括主缆(3)、绞车(4)，所述拖体子系统(1)由主缆(3)拖带于载船后方，主缆(3)另一端直接或间接与总控子系统(2)相连。

所述拖体子系统(1)中包含2个或2个以上的拖体结构(5)，拖体结构(5)中均含有水面浮体(6)、水下拖体(7)、连接缆(8)。

所述拖体子系统(1)中有2个或2个以上的拖体结构(5)包含推进装置(9)。

所述水下拖体(7)为负浮力，可与水面浮体(6)保持紧固状态，当水面浮体(6)与水下拖体(7)分离后，水下拖体(7)能通过与水面浮体(6)相连的连接缆(8)实现悬挂、拖曳与通信。

所述推进装置(9)在载船切断主缆(3)后，能带动拖体子系统(1)做水平运动，并按指定形状完成多个拖体结构(5)的水平矢量布放。

所述拖体结构(5)的航向控制可利用包括但不限于矢量推进器、多个主推进器、侧向推进器、喷水推进器、翼结构(10)的形式实现，所述翼结构(10)包括但不限于垂直翼、水平翼。

所述拖体结构(5)的单套设备——含水面浮体(6)、水下拖体(7)、连接缆(8)的总质量大于50公斤，相邻两个拖体结构(5)的间距大于10米。

所述推进装置(9)能够辅助所连接的水下拖体(7)在被载船高速拖曳过程中实现大于3米的深度控制。

所述拖体子系统(1)中包含有备用能源装置(12)，当载船切断主缆(3)或中断供电后，能维持拖体子系统(1)在一段时间内的独立作业。

所述总控子系统(2)通过有线通信或无线通信的方式对拖体子系统(1)的状态进行监测和控制。

所述拖体结构(5)中包含有连接缆解断装置(11)，能按要求自动解断水面浮体(6)与水下拖体(7)之间连接缆(8)。

所述水面浮体(6)可采取但不限于自充气材料或轻质固体材料，在与水下拖体(7)分离后，能够为水下拖体(7)的定深悬挂提供正浮力。

本发明的工作过程为：

一种多拖体全航态定深与矢量布放技术设备，由载船根据海区作业需求确定拖曳的总长度、拖体结构(5)的数量并完成拖曳布放；拖体结构(5)的水面浮体(6)与水下拖体(7)通常保持紧固状态，开展作业时根据需要使部分或全部拖体结构(5)的水面浮体(6)与水下拖体(7)分离；当载船停泊或低速航行时，水下拖体(7)通过水面浮体(6)与连接缆(8)拖拽、自身配重及翼结构(10)设计实现大于3米的定深控制；当载船高速航行时，需额外增加推进装置(9)的作用来辅助实现水下拖体(7)大于3米的定深控制；当主缆(3)被切断后，拖体子系统(1)可在总控子系统(2)的控制下实现短距自航，并通过多个推进装置(9)按照实际需求完成指定形状的展开与布放作业。

本发明的有益效果是：

一种多拖体全航态定深与矢量布放技术，能够通过载船拖曳多个拖体结构(5)方式对近场、广域的带状水体实施高分辨率同步监测响应，能够通过推进装置(9)、水面浮体(6)、连接缆(8)、水下拖体配重和翼结构(10)的方式实现全航态定深监测作业，能够通过多个推进装置(9)实现对特殊场景的短距自航与矢量布放监测作业。

附图说明

图1是本发明整体结构示意。

图2是实施例示意一。

图3是实施例示意二。

图4是实施例示意三。

其中：

1、拖体子系统11、连接缆中断装置

2、总控子系统12、备用能源装置

3、主缆13、无线通信装置

4、绞车14、规定航行路线

5、拖体结构15、水平方向力

6、水面浮体16、垂直向下力

7、水下拖体17、水面浮体滑块

8、连接缆18、备用连线

9、推进装置19、储线空间与放线装置

10、翼结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。

实施例1：

图2示出了拖体子系统(1)主要组成部分及连接示意，包含水面浮体(6)、水下拖体(7)、连接缆(8)、推进装置(9)、备用连线(18)、备用能源装置(12)、连接缆解断装置(11)、储线空间与放线装置(19)。

拖体子系统(1)的多个拖体结构(9)被载船拖曳于水面或水下，初始状态时所有拖体结构均保持水面浮体(6)与水下拖体(7)的紧固连接。根据实际海区作业需求，指令1个或多个拖体结构的水面浮体(6)与水下拖体(7)展开分离、进入定深作业状态。分离后的水下拖体(7)通过与水面浮体(6)之间的连接缆(8)实现悬挂、拖曳以及对外通信。水面浮体(6)或水下拖体(7)中包含有连接缆解断装置(11)，能按要求自动解断水面浮体(6)与水下拖体(7)之间的连接缆(8)、抛弃水下拖体(7)。

拖体子系统(1)与载船除了保持主缆(3)连接外，根据实际需要还可增加备用连线(18)。当主缆(3)被切断后，载船能通过备用连线(18)继续为拖体子系统(1)提供电力供应或保障有线通信。为确保载船和拖体子系统(1)的相对运动不会拉断备用连线(18)，还需在拖体子系统(1)及载船上增加备用连线(18)的储线空间与放线装置(19)。

实施例2：

图3示出了拖体子系统(1)在主缆(3)被切断后的结构连接、自航与矢量布放示意。

主缆(3)被切断后，载船上总控子系统(2)可通过无线通信装置(13)或备用连线(18)的方式对拖体子系统(1)进行监测和控制。拖体子系统(1)能在推进装置(9)的作用下实现一定距离的自航，自航过程中的水面浮体(6)与水下拖体(7)均保持紧固状态，以减小航行阻力。当拖体子系统(1)按规定航行路线(14)抵达指定位置后，再由多个推进装置(9)按实际需求调整成指定的矢量形状，然后释放水下拖体(7)展开作业。

实施例3：

图4示出了主缆(3)、水面浮体(6)、水下拖体(7)、连接缆(8)、推进装置(9)的几种典型连接情形。

为了满足不同条件下的作业需要，拖体结构中的推进装置(9)可以只安装在水面浮体(6)上或水下拖体(7)上，也可以两者均安装。当要求某个拖体结构在被高速拖曳状态下仍保持水下拖体(7)深度大于3米时，则该水下拖体(7)上必须配有推进装置(9)，再配合连接缆(8)长度调节及拖曳、水下拖体(7)自身配重与翼结构(10)设计的综合作用下实现定深控制。

推进装置(9)可提供水平方向力(15)或垂直向下力(16)辅助水下拖体(7)保持定深。连接缆(8)释放后可保持固定长度，或通过水面浮体滑块(17)方式调节长度，或通过小型绞车方式调节长度。

本发明保护范围不局限于以上实施例，也不局限于海上科考和水下安保领域，在不脱离所述发明构思的情况下，涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。总之，凡与本发明在相同原理和构思条件下的变更或修改均在本发明的公开保护范围。

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