一种无动力大型潜水器水下试验保障方法

技术领域

本发明涉及潜水器技术领域，尤其是一种无动力大型潜水器水下试验保障方法。

背景技术

在深海探测领域，无动力大型潜水器能够长时间在水下运行，并能有效抵达很多载人深潜器无法抵达的区域，对于研究深海海洋环境具有重要意义。

现有技术中，对于无动力的大型潜水器通常采用两种方案进行水下试验：方案一是将潜水器通过缆绳与母船相连，通过母船拖曳至指定水域，再通过潜水器自身的压载水舱下潜进行试验；方案二是将潜水器放置在母船上，母船内部设有月池，月池是母船上的一个贯穿船体与海水相连的空腔，潜水器通过母船上的月池进行投放及回收。

上述两种方案主要存在以下几个问题：采用方案一时，试验位置受母船行驶惯性以及海洋波浪影响较大，潜水器无法精确定位，并且试验深度完全通过潜水器自身完成浮态调节和姿态调节，不可控因素较大，安全性得不到保证；采用方案二时，如果在回收潜水器时潜水器上浮过快，可能碰撞母船，导致母船倾覆，存在安全风险，并且在投放和回收潜水器时，需要使用母船上的吊机将潜水器完全吊起，对母船自身的稳定性要求较高，作业时也存在安全隐患。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种合理的无动力大型潜水器水下试验保障方法，通过使用两艘母船对潜水器进行控制调节，从而能够保证潜水器能够在指定水域下潜指定深度进行试验作业，并且保证潜水器水下试验的顺利进行；通过设置力传感器，可以控制潜水器的下潜与上浮速度，从而保证潜水器在浮潜过程中的安全性与稳定性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种无动力大型潜水器水下试验保障方法，包括潜水器以及分布在潜水器两侧的母船，单艘母船上各自搭载两辆吊机，四辆吊机上均设置有力传感器；

所述潜水器的结构为：包括呈梭形的壳体，壳体的内部设置有压载水舱和浮力调节水舱，压载水舱设置在壳体的中部，浮力调节水舱设置在压载水舱的四周，壳体的内部还搭载有控制系统，壳体外部的顶端均匀设置有四个吊耳；

所述母船的结构为：包括母船平台，母船平台的顶部设置有两个系泊桩，母船上还搭载工控机；

所述吊机的结构为：包括吊臂，吊臂通过吊绳连接吊钩，吊钩与吊耳对应，吊臂的顶端设置绕有吊绳的定滑轮，吊机还设置有操作室；

所述力传感器固定在吊臂顶端的定滑轮上，力传感器使用阻力应变片式测力传感器；

试验时包括如下步骤：

S1.准备工作，将潜水器舱内的水全部排空，潜水器浮于海面上，将缆绳的两端分别系在吊耳和系泊桩上，拉紧缆绳使潜水器与母船的相对位置固定；

S2.运输潜水器到目标海面位置，驱动母船将潜水器运输到目标海面位置，运输时缆绳保持拉紧状态；

S3.潜水器作业准备，当潜水器准备下潜时，开动吊机，放下吊钩与吊耳固定，解除部分系在系泊桩上的缆绳，使缆绳放松；

S4.母船搭载的工控机向潜水器的控制系统发出信号，向压载水舱内注水，调节潜水器的自身重力大于浮力，通过力传感器的显示数值确保潜水器处于稳定浮力状态；

S5.调整潜水器的姿态，确认潜水器与母船之间连接可靠，确认潜水器与吊机之间连接可靠；

S6.水上调试潜水器中搭载的试验设备，确保试验设备可以稳定运行；

S7.潜水器下潜，人员在操作室中下放吊绳，工控机向潜水器发出信号，向压载水舱内注入海水，使潜水器下潜；

S8.潜水器下潜过程中，根据力传感器的显示数值工控机实时控制潜水器的下潜速度和姿态；

S9.在操作室中的人员根据吊绳的下放长度控制潜水器的下潜深度；

S10.潜水器下潜至目标深度时，调整潜水器舱内的水量使潜水器处于稳定浮力状态，潜水器开始进行水下试验；

S11.回收潜水器，当潜水器完成水下试验后准备上浮，通过力传感器的显示数值确认此时潜水器处于稳定浮力状态，启动吊机通过吊绳将潜水器匀速拉上海面。

本发明的进一步技术方案在于：

所述压载水舱完成潜水器上浮下潜的浮态调节，浮力调节水舱完成潜水器的姿态调节。

潜水器的稳定浮力状态为潜水器保持3吨负浮力，此时力传感器的显示数值范围为0.5吨-1吨。

工控机通过力传感器的显示值控制潜水器的姿态，确保四个方向上的吊绳受力均匀。

当力传感器的显示数值控制在前后差值小于等于0.5吨且左右差值小于等于0.7吨时，无需调节潜水器的姿态；当力传感器的显示数值前后差值大于0.5吨或左右差值大于0.7吨时，需要通过工控机发送指令给潜水器的控制系统调节潜水器的姿态。

潜水器的下潜过程中，力传感器的显示数值在0.5吨-2吨范围内，说明潜水器的下潜状态正常；力传感器的显示数值超出0.5吨-2吨范围时，需要通过工控机发送指令给潜水器的控制系统调整潜水器的浮态。

潜水器的下潜深度范围为20米-30米。

当潜水器的下潜深度距离目标深度的距离范围在5米-7米时，工控机发送信号给潜水器，放慢潜水器的下潜速度。

回收潜水器时，当潜水器不满足处于稳定浮力状态的条件时，通过工控机向潜水器的控制系统发出指令调整压载水舱中的水量使潜水器处于稳定浮力状态。

潜水器的下潜过程中，系泊桩不受力，吊机成为主要受力设备，单台吊机具备5吨承载能力。

本发明的有益效果如下：

本发明方法紧凑、合理，操作方便，通过使用两艘母船对潜水器进行控制调节，从而能够保证潜水器能够在指定水域下潜指定深度进行试验作业，并且保证潜水器水下试验的顺利进行；通过设置力传感器，可以控制潜水器的下潜与上浮速度，从而保证潜水器在浮潜过程中的安全性与稳定性。

本发明还具有以下优点：

(1)在运送潜水器及潜水器作业的整个过程中，潜水器始终保持有海水对其产生的浮力，这种浮力可以极大抵消潜水器的自身重力，吊机不需要完全吊起潜水器，因此对吊机和母船的性能要求不高。

(2)通过吊绳的长度来控制潜水器的下潜深度，可以保证潜水器下潜至指定深度，并且可以保证潜水器水下作业的安全性。

(3)将两艘母船布置在潜水器下潜区域的两侧，可以有效避免潜水器上浮过快导致母船倾覆的安全隐患。

(4)力传感器可以直观反应潜水器在水下作业时其压载水舱和浮力调节水舱的工作状态，可以将潜水器在水下的工作状态传送给水上的控制系统。

(5)当潜水器到达指定深度进行工作时，通过压载水舱和力传感器控制其重力略大于浮力，可以减小吊绳的张力，减小疲劳，延长吊绳的使用寿命。

附图说明

图1为本发明中潜水器与母船的位置示意图。

图2为本发明中潜水器运输工况下的状态图。

图3为本发明中潜水器预备作业工况下的状态图。

图4为本发明中潜水器试验保障工况下的状态图。

图5为图4中A部的局部放大图。

其中：1、潜水器；2、母船；3、吊机；4、缆绳；5、力传感器；

101、压载水舱；102、浮力调节水舱；103、吊耳；104、壳体；

201、母船平台；202、系泊桩；

301、吊臂；302、吊钩；303、吊绳；304、操作室。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

如图1-图5所示，一种无动力大型潜水器水下试验保障方法，包括潜水器1以及分布在潜水器(1)两侧的母船2，单艘母船2上各自搭载两辆吊机3，四辆吊机3上均设置有力传感器5；

潜水器1的结构为：包括呈梭形的壳体104，壳体104的内部设置有压载水舱101和浮力调节水舱102，压载水舱101设置在壳体104的中部，浮力调节水舱102设置在压载水舱101的四周，壳体104的内部还搭载有控制系统，壳体104外部的顶端均匀设置有四个吊耳103；

母船2的结构为：包括母船平台201，母船平台201的顶部设置有两个系泊桩202，母船2上还搭载工控机。工控机接收力传感器5采集的信号，工控机与潜水器1的控制系统通信从而控制潜水器1的浮态和姿态。

吊机3的结构为：包括吊臂301，吊臂301通过吊绳303连接吊钩302，吊钩302与吊耳103对应，吊臂301的顶端设置绕有吊绳303的定滑轮，吊机3还设置有操作室304。吊机3采用滑轮组设计进行力的转换，定滑轮设置在吊臂301的顶端，吊绳303经过吊臂301顶端的定滑轮与潜水器1连接，吊钩302用于钩住潜水器1的吊耳104，人员可以在操作室304中控制吊绳303的回收与下放。

力传感器5固定在吊臂301顶端的定滑轮上，力传感器5使用阻力应变片式测力传感器。通过力传感器5上的弹性体将力传感器5粘贴在吊臂301顶端的定滑轮上，当吊机3工作时，由于吊绳303受力，会导致定滑轮产生微小形变，固定在定滑轮上的弹性体也会产生微小形变，从而使力传感器5可以采集到潜水器1的受力状态信号，从而在工控机端显示出相应的数值。

压载水舱101完成潜水器1上浮下潜的浮态调节，浮力调节水舱102完成潜水器1的姿态调节。通过调节潜水器1的姿态使固定在吊耳103上的缆绳4和吊绳303受力均匀，从而防止吊钩302脱落，保证潜水器1在水下的稳定性。

结合上述设备和装置，本发明可以保障潜水器1下潜至20米-30米深的海水中安全稳定地进行水下试验

本实施例以潜水器1下潜至25米深的海水中为例，提供一种无动力大型潜水器水下试验保障方法，包括如下步骤：

S1.准备工作，将潜水器1舱内的水全部排空，潜水器1浮于海面上，将缆绳4的两端分别系在吊耳103和系泊桩202上，拉紧缆绳4使潜水器1与母船2的相对位置固定；

S2.如图2所示，运输潜水器1到目标海面位置，驱动母船2将潜水器1运输到目标海面位置，运输时缆绳4保持拉紧状态，此时吊机3不工作，四个方向上的缆绳4使潜水器1与母船2的相对位置固定；

S3.如图3所示，潜水器1作业准备，当潜水器1准备下潜时，开动吊机3，放下吊钩302与吊耳103固定，解除部分系在系泊桩202上的缆绳4，使缆绳4放松；

S4.母船2搭载的工控机向潜水器1的控制系统发出信号，向压载水舱101内注水，调节潜水器1的自身重力大于浮力，通过力传感器5的显示数值确保潜水器1处于稳定浮力状态，此时系泊桩202不受力，吊机3成为主要受力设备，单台吊机3具备5吨承载能力；

S4.1.潜水器1的稳定浮力状态为潜水器1保持3吨负浮力，此时力传感器5的显示数值范围为0.5吨-1吨；

S5.调整潜水器1的姿态，确认潜水器1与母船2之间连接可靠，确认潜水器1与吊机3之间连接可靠；

S5.1.工控机通过力传感器5的显示值控制潜水器1的姿态，确保四个方向上的吊绳303受力均匀；

S5.2.当力传感器5的显示数值控制在前后差值小于等于0.5吨且左右差值小于等于0.7吨时，不需要调节潜水器1的姿态，进行S6步骤；

S5.3.当力传感器5的显示数值前后差值大于0.5吨或左右差值大于0.7吨时，需要通过工控机发送指令给潜水器1的控制系统调节潜水器1的姿态，直至力传感器5的显示数值控制在前后差值小于等于0.5吨且左右差值小于等于0.7吨时才可以进行S6步骤；

S6.水上调试潜水器1中搭载的试验设备，确保试验设备可以稳定运行；

S7.如图4所示，潜水器1下潜，人员在操作室304中下放吊绳303，工控机向潜水器1发出信号，向压载水舱101内注入海水，使潜水器1下潜；

S8.潜水器1下潜过程中，根据力传感器5的显示数值工控机实时控制潜水器1的下潜速度和姿态；

S8.1.潜水器1的下潜过程中，力传感器5的显示数值在0.5吨-2吨范围内，说明潜水器1的下潜状态正常，无需调节潜水器1的下潜速度；

S8.2.力传感器5的显示数值超出0.5吨-2吨范围时，需要通过工控机发送指令给潜水器1的控制系统调整潜水器1的浮态；

S8.2.1.当力传感器5的显示数值小于0.5吨或不显示数值时，说明潜水器1的下潜速度小于吊绳303的下放速度，即潜水器1的下潜速度过慢，需要向压载水舱102内注水加快下潜速度；

S8.2.2.当力传感器5的显示数值大于2吨时，说明潜水器1的下潜速度过快，需要将压载水舱102内的水排出一部分减缓下潜速度；

S8.3.在潜水器1的下潜过程中，工控机还需要监控力传感器5的显示数值前后差值和左右差值以保证潜水器1在下潜过程中四条吊绳303受力均匀。

S9.在操作室304中的人员根据吊绳303的下放长度控制潜水器1的下潜深度；

S9.1.本实施例中潜水器1的下潜深度为25米，使用吊绳303的长度为40米，将吊绳303的下放长度设置为31米就可以使潜水器1下潜至25米深的海水中；

S9.1.当潜水器1的下潜深度距离目标深度的距离范围在5米-7米时，工控机发送信号给潜水器1，放慢潜水器1的下潜速度；

S10.潜水器1下潜至目标深度时，调整潜水器1舱内的水量使潜水器1处于稳定浮力状态，潜水器1开始进行水下试验；

S11.回收潜水器1，当潜水器1完成水下试验后准备上浮，通过力传感器5的显示数值确认此时潜水器1处于稳定浮力状态，启动吊机3通过吊绳303将潜水器1匀速拉上海面；

S11.1.回收潜水器1时，当潜水器1不满足处于稳定浮力状态的条件时，通过工控机向潜水器1的控制系统发出指令调整压载水舱101中的水量使潜水器1处于稳定浮力状态。

实施例二：

本实施例与实施例一的不同之处在于：潜水器1的下潜深度为30米，只需将实施例一步骤S9.1.中吊绳303的下放长度设置为36米，就可以使潜水器一下潜至30深的海水中。

本发明通过母船2和吊机3对潜水器1形成边界条件，从而能够保证潜水器1能够在指定水域下潜指定深度进行试验作业，并且消除了使用月池投放潜水器1导致母船2倾覆的安全隐患；通过设置力传感器5，从而控制潜水器1的浮态与姿态，保证了潜水器1在浮潜过程中的安全性与稳定性。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。