專利名稱：一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于中高海況、可搭載多種組合測量儀器，尤其涉及一種適應(yīng)中高海況、 多組合式的低阻力框架式水面平臺。
背景技術(shù)：
氣候變化是當(dāng)前世界性最為關(guān)注的重要科學(xué)問題之一，而在氣候變化中，海洋是 關(guān)健因子，海氣界面的動量、熱量和水汽交換是聯(lián)系海洋和大氣的重要橋梁，是進(jìn)行海洋與 大氣間能量轉(zhuǎn)換的重要機(jī)制，是影響全球氣候變化的重要過程。因此，準(zhǔn)確獲得海氣界面動 量、熱量、水汽通量以及長波和短波輻射資料是深入研究全球氣候變化過程的重要手段。我國是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。建設(shè)現(xiàn)代化的海洋環(huán)境保障體系，是 提升災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報警報和災(zāi)害評估能力，有效減輕海洋災(zāi)害損失的重要舉措。對海上能源 通道區(qū)和影響我國氣候變化的某些關(guān)鍵海域形成連續(xù)監(jiān)測能力，就可以較大幅度提高風(fēng)暴 潮、巨浪等預(yù)警能力，從而可以更有效的減小自然災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)造成的損失。高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺就是在此背景下研究而成的一種平 臺，它能在高海況下(即風(fēng)速小于30m/s，洋流4節(jié)以下)搭載測量設(shè)備測量某一特定海域 海氣通量相關(guān)參數(shù)(風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、濕度、降水、輻射等)和鹽溫深流。海氣通量 可以為模擬海洋或大氣環(huán)流提供更為精確的初始邊界條件，這對于海氣耦合數(shù)值模式以及 中小尺度的天氣預(yù)報都是至關(guān)重要的。目前獲取海氣界面通量值的手段主要有現(xiàn)場直接測量、數(shù)值模擬和衛(wèi)星遙感。由 于數(shù)值模式和衛(wèi)星遙感估算的通量結(jié)果與實(shí)測值誤差較大，現(xiàn)場直接測量方法更受關(guān)注。 近年來，迫于全球氣候變暖所帶來的巨大壓力，以及碳循環(huán)研究、海氣耦合響應(yīng)研究、上混 合層動力學(xué)、海洋模式的發(fā)展、海洋微波遙感、水色衛(wèi)星遙感和紅外遙感精細(xì)測量技術(shù)發(fā)展 的需要，迫切需求對海氣界面關(guān)鍵物理過程及其派生物進(jìn)行系統(tǒng)的觀測研究。然而目前國 內(nèi)還尚未有針對中高海況海氣通量參數(shù)實(shí)時監(jiān)測的水面平臺，所以適應(yīng)中高海況、多組合 式海氣通量測量平臺的研制對我國海洋事業(yè)的發(fā)展具有很強(qiáng)的必要性和緊迫性，測量平臺 的建設(shè)將獲取海氣通量相關(guān)的豐富的第一手資料，提升我國海氣通量觀測技術(shù)水平，為海 氣界面大氣波導(dǎo)和海洋數(shù)值模式預(yù)報等提供較客觀的海氣界面通量信息，服務(wù)于海洋事業(yè) 和維護(hù)國家海洋權(quán)利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式 水面平臺，能夠長時間在無人狀態(tài)下穩(wěn)定的工作。為解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為該一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺包括儀器掛載桿1、水上 儀器掛載架上段2、連接法蘭3、水上儀器掛載架下段4、儀器掛載裝置5、6、7、15、儀器安裝 裝置16、電源艙8、電源艙固定架9、做底錨10、錨鏈11、尼龍繩索12、浮筒13、主浮體架14 ；其中，儀器掛載桿1焊接在水上儀器掛載架上段2上，水上儀器掛載架上段2與水上儀器掛 載架下段4通過連接法蘭3用螺栓進(jìn)行連接，儀器掛載裝置5、6、15、儀器安裝裝置16通過 橫桿用螺栓連接在水上儀器掛載架上，上述結(jié)構(gòu)總體稱為水上儀器掛載架；電源艙8用螺 栓固定與電源艙固定架9上，將連接好的電源艙及電源艙固定架用螺栓與水下儀器掛載桿 進(jìn)行連接，將連接好的水下儀器掛載桿和電源艙及固定架用螺栓固定在主浮體架14下端， 5個浮筒13用螺栓固定于主浮體架14上，尼龍繩索12的下端與錨鏈11通過卸扣進(jìn)行連 接，上端通過卸扣與主浮體架的3個相應(yīng)位置進(jìn)行連接，錨鏈通過吊環(huán)與做底錨10進(jìn)行連 接。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明將水面測量平臺設(shè)計成為一種框架式結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)可以在保證整個測量 平臺固有強(qiáng)度的同時，能夠減輕平臺的重量，減小風(fēng)流浪涌對平臺的阻力作用，從而很好的 解決了測量平臺的隨波性問題，也大大的提高了測量平臺的穩(wěn)定性；在框架結(jié)構(gòu)的測量平 臺主體上下兩端各連接有水上儀器掛載架和水下儀器掛載架，用于掛載各種水上、水下測 量儀器，增加了測量平臺的適用性；測量平臺的水下儀器架下端連接有電源艙，內(nèi)裝有可持 久用電源及控制裝置，用于給整個水面測量平臺的各種儀器提供能源，保持各種儀器可以 長時間、穩(wěn)定的工作；整個測量平臺被座底錨系系留在工作海域，座底錨可以很好的將水面 平臺系留在固定位置上，使平臺可以在工作海域定點(diǎn)、持續(xù)、穩(wěn)定的工作，避免平臺隨波漂 離工作海域的情況發(fā)生，為測試人員提供真實(shí)、可靠、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的實(shí)時數(shù)據(jù)提供了保證。本發(fā)明通過水上儀器掛載架、主浮體、浮筒組、水下儀器掛載架、電源艙及固定架、 錨系組形成一個平臺系統(tǒng)，可通過調(diào)整浮筒組的浮力、錨系點(diǎn)的選擇等接口形式及尺寸，滿 足各種不同水深、風(fēng)流浪條件；本發(fā)明的特點(diǎn)之一是框架式機(jī)構(gòu)，框架式結(jié)構(gòu)不僅重量輕，而且可以在保證系統(tǒng) 強(qiáng)度的同時，減小風(fēng)浪對系統(tǒng)造成的阻力，使系統(tǒng)的實(shí)用型增強(qiáng)。本發(fā)明的主要特點(diǎn)之二可以根據(jù)海域環(huán)境來調(diào)整平臺浮體的浮力配置，使之適應(yīng) 外界風(fēng)流浪條件，保持在正常狀態(tài)下持續(xù)工作，增強(qiáng)了其適用性。本發(fā)明在主要特點(diǎn)之三為儀器可實(shí)現(xiàn)多組合搭配，無需更改任何結(jié)構(gòu)，只需在平 臺的水上、水下儀器掛載架上套裝儀器安裝裝置，即可根據(jù)儀器的不同接口，提供儀器的安 裝，增加了整套平臺的實(shí)用型和適用性。


圖1-本發(fā)明的水面平臺總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-儀器掛載桿2-水上儀器掛載架上段3-連接法蘭4-水上儀器掛載架 下段5-儀器掛載裝置6-儀器掛載裝置7-水下儀器掛載架8-電源艙9-電源艙固 定架10-座底錨11-錨鏈12-尼龍繩索13-浮筒14-主浮體架15-儀器掛載裝置 16-儀器安裝裝置
具體實(shí)施方式
首先，將焊接好儀器掛載桿1的水上儀器掛載架上段2通過連接法蘭2用螺栓連 接在水上儀器掛載架下段4上，儀器掛載裝置5、6、15及16均通過加固過的橫桿用螺栓連 接在水上儀器掛載架上，構(gòu)成水上儀器掛載架，在水上儀器掛載架上架裝要試驗(yàn)的測量儀 器；其次，將電源艙8用螺栓固定與電源艙固定架9上，然后將連接好的電源艙及電源艙固 定架用螺栓與水下儀器掛載桿進(jìn)行連接，構(gòu)成水下儀器掛載架，在水上儀器掛載架上架裝 要試驗(yàn)的測量儀器；再次，將尼龍繩索12的下端與錨鏈11通過卸扣進(jìn)行連接，錨鏈通過吊 環(huán)與做底錨10進(jìn)行連接，構(gòu)成錨系組。最后，將連接好的水上儀器掛載架的下端用螺栓與 主浮體組的上端進(jìn)行連接，將水下儀器掛載架上端用螺栓與主浮體組的下端進(jìn)行連接，5個 浮筒13用螺栓固定于主浮體架14的相應(yīng)位置，整個浮水面平臺完成預(yù)安裝，此時可以將平 臺放入水中，用船只拖運(yùn)至工作海域，到達(dá)工作海域后，先將錨系組投放至工作地點(diǎn)，然后 通過卸扣將錨系組與主浮體架的相應(yīng)位置進(jìn)行連接，完成整個水面平臺的安裝。本發(fā)明按照功能分為水上儀器掛載架、主浮體、浮筒組、水下儀器掛載架、電源艙 及固定架、錨系組等幾個部分。水上儀器掛載架的作用是為水上測試儀器提供掛載接口，上 面可以連接各種測試儀器，并可以提供穩(wěn)定、可靠的工作環(huán)境，根據(jù)測量系統(tǒng)要求及儀器掛 載高度的要求，水上儀器掛載架的總高度Hu = 6m，水上儀器掛載架為桁架式結(jié)構(gòu)，桁架式 結(jié)構(gòu)在保證掛載架強(qiáng)度的同時，可以減小整個掛載架的重量，減小工作海域風(fēng)流浪對水面 平臺的阻力，從而減小了由于風(fēng)浪對水面平臺造成的過大彎矩，大大提高了水面平臺的適 用性；另外，采用桁架式結(jié)構(gòu)還可以為測試儀器提供理想的工作高度，使儀器可以在距離水 面的任何特定高度、特定角度(相對于大地坐標(biāo)系)進(jìn)行架裝，方便了測試人員的數(shù)據(jù)采 集。主浮體架是水面平臺的中心組成機(jī)構(gòu)，是水面平臺的主要承力部件，設(shè)計成為正五邊形 帶五圓柱式框架結(jié)構(gòu)，根據(jù)平臺的相關(guān)設(shè)計參數(shù)、強(qiáng)度設(shè)計要求、穩(wěn)定性要求，五邊形的外 接圓直徑約為Φ =2. 5m，每個圓柱筒體的直徑Φ = 170mm，壁厚δ = 10mm，高度H = 2. 5m， 兩邊封頭，此種框架式結(jié)構(gòu)在為平臺提供一定浮力的同時，可以有效減小波浪對平臺的作 用面積，波浪可以從框架結(jié)構(gòu)中空的位置無障礙通過，從而減小波浪載荷對平臺姿態(tài)的影 響。浮筒組由5個單獨(dú)的圓柱形分浮體組成，單個分浮體的尺寸如下直徑Φ = 400mm, 壁厚δ = 8mm，長度L = 980mm，浮體組的作用主要是為整個平臺提供足夠的浮力，浮筒組 采用分體浮筒的目的也是有效的減小波浪對平臺的作用面積，減小波浪載荷對平臺的不利 影響，如有必要，還可在主浮體上裝配五個薄壁圓柱筒體體，長度與主浮體上的圓柱體長度 一致，直徑一致，壁厚為S =Smm如此可以通過附加浮筒浸入水中的體積，控制整個平臺 的浮力，保證平臺在水中的姿態(tài)；水下儀器掛載桿為一圓柱形薄壁體，尺寸如下直徑Φ = 400mm，壁厚δ = 10mm，長度L = 6m，水下儀器掛載桿及電源艙、電源艙固定架的主要作用 是為水下測量儀器(如CTD、ADCP等儀器)提供安裝接口和配置平臺的穩(wěn)定性。錨系組的 作用是為整個水面平臺提供足夠的負(fù)浮力，使平臺可以系留于工作海域，避免由于平臺漂 離預(yù)定工作海域造成采集的數(shù)據(jù)失真，錨系點(diǎn)經(jīng)過理論計算，設(shè)計在主浮體下ai!處(自主 浮體上平面算起)，采用三點(diǎn)系留方案，與單點(diǎn)系留于平臺最下端相比，三點(diǎn)系留可以有效 的防止錨鏈及鋼絲繩與主浮體發(fā)生纏繞，并能夠使平臺始終保持一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)，使 平臺搖晃的角度始終在允許的范圍內(nèi)，達(dá)到指標(biāo)要求。通過試驗(yàn)表明，本裝置可以有效的釋放，工作，并能顯著的適應(yīng)中高海況下的外界 條件，為我國建設(shè)現(xiàn)代化的海洋環(huán)境保障體系，提升災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報警報和災(zāi)害評估能力，有效減輕海洋災(zāi)害損失提供了有利的支持。
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺包括儀器掛載桿(1)、水上 儀器掛載架上段O)、連接法蘭(3)、水上儀器掛載架下段G)、儀器掛載裝置A (5)、B (6)、 C(7)、D(15)、儀器安裝裝置(16)、電源艙(8)、電源艙固定架(9)、做底錨(10)、錨鏈(11)、尼 龍繩索(12)、浮筒(13)、主浮體架(14)；其中，儀器掛載桿(1)焊接在水上儀器掛載架上段 (2)上，水上儀器掛載架上段(2)與水上儀器掛載架下段(4)通過連接法蘭( 用螺栓進(jìn)行 連接，儀器掛載裝置々(5)、8(6)、0(15)、儀器安裝裝置(16)通過橫桿用螺栓連接在水上儀 器掛載架上，上述結(jié)構(gòu)總體稱為水上儀器掛載架；電源艙(8)用螺栓固定與電源艙固定架 (9)上，將連接好的電源艙及電源艙固定架用螺栓與水下儀器掛載桿進(jìn)行連接，將連接好的 水下儀器掛載桿和電源艙及固定架用螺栓固定在主浮體架(14)下端，浮筒(1 用螺栓固 定于主浮體架(14)上，尼龍繩索(1 的下端與錨鏈(11)通過卸扣進(jìn)行連接，上端通過卸 扣與主浮體架進(jìn)行連接，錨鏈通過吊環(huán)與做底錨(10)進(jìn)行連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺，其 特征在于浮筒為5個，每個浮筒的直徑Φ = 400mm，壁厚δ = 8mm，長度L = 980mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺，其 特征在于尼龍繩索(1 的上端通過卸扣與主浮體架的3個對應(yīng)位置進(jìn)行連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺， 其特征在于通過調(diào)整浮筒的浮力和錨系點(diǎn)來適應(yīng)不同水深、風(fēng)流浪條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺， 其特征在于主浮體上裝配五個薄壁圓柱筒體，長度與主浮體上的圓柱體長度一致，直徑一 致，壁厚為δ = 8mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺， 其特征在于水下儀器掛載桿為一圓柱形薄壁體，尺寸如下直徑Φ = 400mm，壁厚δ = 10mm,長度 L = 6m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適應(yīng)中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺，儀器掛載桿1焊接在水上儀器掛載架上段2上，水上儀器掛載架上段2與水上儀器掛載架下段4通過連接法蘭3用螺栓進(jìn)行連接，儀器掛載裝置5、6、15、儀器安裝裝置16通過橫桿用螺栓連接在水上儀器掛載架上；電源艙8用螺栓固定與電源艙固定架9上，將連接好的水下儀器掛載桿和電源艙及固定架用螺栓固定在主浮體架14下端，浮筒13用螺栓固定于主浮體架14上，錨鏈通過吊環(huán)與做底錨10進(jìn)行連接。本發(fā)明將水面測量平臺設(shè)計成為一種框架式結(jié)構(gòu)，保證整個測量平臺固有強(qiáng)度的同時，能夠減輕平臺的重量，減小風(fēng)流浪涌對平臺的阻力作用，從而很好的解決了測量平臺的隨波性問題。
文檔編號B63B35/44GK102050207SQ20091021117
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者喻劍, 喻國兆, 宋春明, 王華明, 王志剛, 祝侃 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所