一种海洋悬浮大尺度刚性水平阵结构和布放方法

技术领域

本发明属于海洋声学设备领域，具体来说涉及一种海洋悬浮大尺度刚性水平阵结构和布放方法。

背景技术

水声领域，采用水听器等类似的传感器作为声学信号接收设备，已广泛应用。目前，在声学探测中，若要求阵的尺度较大时，阵型则通常选择水平阵和垂直阵两大类。两者在信号处理时算法不同，在针对不同目标时，往往采用不同算法，目前均有应用。

水平阵中，又分为刚性和柔性两种。刚性阵往往作为舷侧阵替代品使用，通常长度小于船长，若需要更大尺度的水平阵则优先考虑柔性阵。柔性阵的应用主要体现在拖线阵上，其阵身柔软，重量小，布放回收的工作可直接用绞车完成。相比之下，大尺度刚性阵的布放则极为困难。

目前，海洋悬浮大尺度刚性水平阵的结构和布放方法，资料较少。实际操作时，刚性水平阵往往很难达到成本低、效率高、安全系数高、阵身刚度大的特点，往往需要牺牲一部分性能来实现该目的。有资料显示，曾有人选用非金属管作为刚性阵架的方法，虽然操作容易，却牺牲了刚性大的特征。如若设计专用大型起吊设备来实现一体式布放，则耗资巨大。因此，急需一种海洋悬浮大尺度刚性水平阵结构和布放方法，能够兼顾水平阵特性且易于布放操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋悬浮大尺度刚性水平阵结构和布放方法，该阵架重量轻、刚度大，易维修更换，且布放方法效率高、成本低、对场地适应能力强、安全系数高，能够实现至少36m长的水平阵在水中悬浮使用。

为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：

一种海洋悬浮大尺度刚性水平阵结构，包括水平刚性阵架、浮体组、电子仓及水听器线阵，所述水听器线阵按照阵元间距固定在水平刚性阵架上，水听器线阵的电缆接入电子仓，电子仓与浮体连接，所述水平刚性阵架包括至少二个二级阵架，任一二级阵架包括若干刚性阵架分段，浮体组与刚性阵架分段一一对应，一浮体组一端固定设置在一刚性阵架分段的中点位置。

优选地，所述浮体组包括通过凯夫拉绳串联的若干浮体，通过凯夫拉绳串联的若干浮体，所述的若干浮体包括一浮出水面的浮体和多个沉入水中的浮体，浮出水面的浮体直径大于沉入水平的浮体直径。

优选地，所述电子仓和水平刚性阵架通过尼龙绳连接，电子仓与水平刚性阵架间水听器阵线的最小电缆长度大于尼龙绳的长度。

优选地，每一凯夫拉绳上均设有等间隔标记。

优选地，所述刚性阵架分段包括管体及设置在管体两端的法兰，所述管体与法兰螺纹连接，且管体与法兰焊接。

优选地，所述水平刚性阵架长度大于后甲板舷侧长度。

优选地，所述二级阵架长度小于后甲板的舷侧长度。

优选地，所述海洋悬浮大尺度刚性水平结构的布放方法包括以下步骤：

步骤1，在尾甲板布放浮体组；

步骤2，将二级阵架通过固定绳设置在尾甲板的船舷栏杆外后，进行水听器安装；

步骤3，将浮体组与二级阵架固定后解开固定绳，通过人为拉动凯夫拉绳使得当前二级阵架向船首方向平移至预设位置，并通过固定绳固定；

步骤4，重复步骤1-3，并将相邻的两个二级阵架固定连接；当二级阵架数量到达预设值时，将水听器线阵的电缆接入电子仓，并执行步骤5；

步骤5，解开所有固定绳，重复通过手拉葫芦同时向下布放预设高度的水平刚性阵架，直至水平刚性阵架完全悬浮在水面。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明能够在后甲板空间不足时，在船舷侧外部位置争取空间，实现大尺度刚性水平阵的使用；同时降低了成本，除去水平阵本身所需设备，没有使用额外的机械设备。另外，所有设备设计时已全部做了优化，使得人工可以轻松操作，无需人员具备经验或经受培训，可直接上岗操作。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种海洋悬浮大尺度刚性水平阵结构示意图。

图2为本发明一实施例的船体舷侧水平阵布放位置示意图。

图3为本发明一实施例的刚性阵架分段连接位置示意图。

图中标记：1-电子仓，2-水听器线阵，3-电缆，4-水平刚性阵架，5-浮体组，6-凯夫拉绳，7-尼龙绳，8-试验船，9-尾甲板，10-上一级甲板。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1给出一实施例的一种海洋悬浮大尺度刚性水平阵结构示意图，包括水平刚性阵架4、浮体组5、电子仓1及水听器线阵2，所述水听器线阵2按照阵元间距固定在水平刚性阵架4上，水听器线阵2的电缆3接入电子仓1，电子仓1与浮体连接，所述水平刚性阵架4包括至少二个二级阵架，任一二级阵架包括若干刚性阵架分段，浮体组5与刚性阵架分段一一对应，一浮体组5一端固定设置在一刚性阵架分段的中点位置。

本发明中，电子仓1为水密结构，内部含有电源和信息采集设备，该电源可以为锂电池，可以为水听器线阵2供电，该信息采集设备可以采集并存储信号。

本发明中，水平刚性阵架4总长36m，包括二个二级阵架，每个二级阵架有3个长为6m、重10kg的刚性阵架分段依次连接形成。具体来说，每个刚性阵架分段包括阵架管体，该阵架管体为外径60mm、内径40mm的防锈铝管，每个阵架管体的两端螺纹连接有法兰，同时为保证法兰与阵架管体的连接可靠性，将法兰和阵架管体焊接；任意两个刚性阵架分段通过法兰固定连接。图3给出刚性阵架分段连接位置示意图，端部位置利用法兰结构连接，4只螺钉两正两反穿入孔内，并旋入六角螺母固定。

进一步地，法兰位置设有嵌入式结构，使得两连接的刚性阵架分段便于安装，同时后期回收水平阵结构会更容易。

本发明中，水听器线阵2共有32个阵元，分别由32根电缆3单独引出。水听器线阵2的电缆3需要理顺，并与水听器共同固定牢，固定方法可根据实际情况使用尼龙扎带或者3M胶带沿圆周方向紧固。

所述电子仓1和水平刚性阵架4通过尼龙绳7连接，电子仓1与水平刚性阵架4间水听器阵线的最小电缆3长度大于尼龙绳7的长度。

本发明中，通过电子仓1与阵架连接的一条尼龙绳7，来防止电子仓1与阵架之间电缆3受拉力而损伤。

通过凯夫拉绳6串联的若干浮体，所述的若干浮体包括一浮出水面的浮体和多个沉入水中的浮体，浮出水面的浮体直径大于沉入水平的浮体直径。浮体与凯夫拉绳6捆牢串成浮体组5，浮体组5自身能够提供的浮力应确保能使水平阵浮起。此时应注意每一条凯夫拉绳6需提前做好标记，以保证浮体组5与刚性阵架分段的间距相同。

本发明中，串成浮体组5的凯夫拉绳6一端与刚性阵架分段的中点捆牢固定，另一端则留有余量，以供布放使用。每一凯夫拉绳6外径10mm，易拉，承力能力强。浮体组5上的凯夫拉绳6每隔0.5m做标记。

图2为本发明一实施例的海洋悬浮大尺度刚性水平阵结构的布放位置示意图。该水平阵结构布放是基于水平刚性阵架4长度大于后甲板舷侧长度的情况，具体包括以下步骤：

步骤1，在船舷各预设点位布放手拉葫芦，手拉葫芦的数量与水平刚性阵架4的浮体组5数量一致且一一对应。

步骤2，将三个长为6m的刚性阵架分段组装成一个长为18m的二级阵架，所述二级阵架长度小于后甲板的舷侧长度。

步骤3，在尾甲板9布放3个等间隔设置的浮体组5，并将组装的二级阵架通过固定绳悬挂在尾甲板9对应的船舷栏杆外，使得水平刚性阵架4的长度方向沿着船舶的纵向且平行于水面；将水听器按照阵元间隔固定设置在二级阵架上，并将电缆3理顺后一并固定在二级阵架上。

步骤4，将二级阵架中每一刚性阵架分段与步骤3中布置的浮体组5一端连接后，解开步骤3中的固定绳，通过人为拉动凯夫拉绳6使得当前二级阵架向船首方向平移至预设位置，且保持当前二级阵架的位置与水面间距不变，然后将二级阵架固定在上一级甲板10栏杆或可承力结构上。本实施例中的预设位置为上一级甲板10。

步骤5，重复步骤2-4，并将相邻的两个二级阵架固定连接；当二级阵架数量到达预设值时，将水听器线阵2的电缆3通过连接器接入电子仓1，电子仓1单独捆牢浮体，并执行步骤6。

本实施例中，由于只要36m长的水平刚性阵架4，因此只需重复一次步骤2-4，并将二级阵架设置在上一级甲板10对应的二级阵架之后，将两个二级阵架通过法兰固定连接，形成水平刚性阵架4。

步骤6，解开所有固定绳，重复通过手拉葫芦同时向下布放预设高度的水平刚性阵架4，直至水平刚性阵架4完全悬浮在水面。

本发明步骤6中，当听到对讲机传出的指令后，多人利用手拉葫芦向下布放水平刚性阵架40.5m，也即所有凯夫拉绳6的同一级标记处，使得水平刚性阵架4平行于水平面，重复下放0.5m直至水平刚性阵架4完全悬浮在水面。

本发明步骤6中，手拉葫芦向下布放阵段时与浮体组5连的凯夫拉绳6打绳结使用。布放时采用多次小幅度升降的方法，使得过程更简单快捷、安全可靠。

步骤7，将准备好的电子仓1吊起，利用悬臂吊释放入水。

进一步地，步骤5中，在电子仓1与水平刚性阵架4尾端连接一条尼龙绳7，电子仓1与水平刚性阵架4尾端间水听器阵线的电缆3长度大于尼龙绳7的长度，防止电子仓1和水平刚性阵架4之间的电缆3受拉力而损伤。