一种深海拖体应急避障机构及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种深海拖体应急避障机构及其控制方法，所述应急避障机构包括减速变向机构和急停机构，利用电机带动侧翼旋转并配合推进器实现减速变向机构的减速功能和变向功能，急停机构通过释放阻力伞，并利用阻力伞的流体阻力实现急停机构的急停功能，克服传统的通过收放拖缆和调节船速进行避障的方法的滞后性以及操作繁琐、效率低下等缺点，保证拖体在遇到海山等突变海底地形时可智能、自主、连续的完成应急避障，提高拖体在应急避障时的响应速度和避障效率，且该应急避障机构控制流程为闭环控制，可通过应急避障机构进行实时、连续避障，不仅减少工作量和工作成本，而且提高作业效率，降低设备受损的几率。降低设备受损的几率。

【技术实现步骤摘要】
一种深海拖体应急避障机构及其控制方法


[0001]本专利技术涉及深海拖体应急避障领域,具体涉及一种深海拖体应急避障机构及其控制方法。

技术介绍

[0002]作为人类探索海洋的一种重要工具，深海拖曳系统(深拖系统)是由拖船、拖缆(缆绳)、拖体为主要组成部分的综合探测系统，它可应用于海底地貌拍摄、海洋资源勘探、沉没物体搜寻等水下作业；拖体可以在航行中连续、快速、大面积地测量各种海洋要素，并能及时将数据传送到船只用计算机进行实时处理。
[0003]深拖系统在深水崎岖海底作业时，海山等海底地形的突变对深拖设备安全影响极大，因此需要拖体在作业过程中碰到海山时能够及时避障。常见的应急避障的方法主要是通过收放拖缆和调节船速来调节拖体高度，但常用的拖缆绞车平均速率为0.5m/s，拖体高度响应速率为0.17m/s，收放拖缆和调节船速在调节拖体高度方面存在滞后性，且该方法作业方案单一，操作繁琐，效率低下，会对设备安全带来极大的风险。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决现有的拖体应急避障措施的不足，提出一种用于深海拖体应急避障机构及其控制方法，以提高拖体在应急避障时的响应速度和避障效率，降低设备受损的几率。
[0005]本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种深海拖体应急避障机构，包括承载拖体的拖体框架、减速变向机构和急停机构，拖体框架的前端安装有声呐，拖体框架内安装有控制装置和仪器舱，减速变向机构、急停机构和仪器舱均与控制装置电连接；
[0006]所述减速变向机构对称固定安装在拖体框架的左右两侧，减速变向机构包括侧翼、推进器和电机，推进器固定安装在侧翼上，侧翼与电机输出轴相连，通过电机驱动侧翼以电机输出轴所在直线为旋转轴在竖直面内旋转；
[0007]所述急停机构安装在拖体框架的尾部，包括伞舱、阻力伞、以及弹出机构，阻力伞与弹出机构相连并折叠安装在伞舱内；
[0008]所述仪器舱中搭载有多普勒速度计程仪以及超短基线定位系统的应答器和深度传感器。
[0009]进一步的，所述侧翼与电机输出轴之间安装有驱动轴和联轴器，侧翼通过锁紧螺母与驱动轴转接，驱动轴与联轴器的一端相连，联轴器的另一端与电机输出轴相连。
[0010]进一步的，所述弹出机构包括弹簧组、释放机构和冲击板，弹簧组件安装在冲击板和伞舱的内侧壁之间，释放机构一端与伞舱内侧壁相连，另一端与冲击板相连，释放机构与控制装置电连接；正常工作时，弹簧组件处于压缩状态，阻力伞安装在伞舱内并处于折叠状态，在控制装置控制下释放释放机构，使处于压缩状态下的弹簧组件推动冲击板进而将阻力伞弹出。
[0011]进一步的，所述拖体框架的顶部安装有浮力部件，拖体框架内还安装有配重块，可通过调节配重块的质量调节拖体的深度。
[0012]进一步的，所述拖体框架尾部顶端的两侧安装有尾翼，所述尾翼和侧翼均选用NACA0012翼型。
[0013]本专利技术另外还提出一种深海拖体应急避障机构的控制方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1、设定拖体的有效避障距离为l，拖体工作过程中，通过声呐实时探测前方障碍物，并设拖体上的声呐检测到海山时与海山的直线距离为L；
[0015]步骤2、将实时检测到的拖体与海山之间的直线距离L与设定的有效避障距离/进行比较：若l＜L，则由控制装置控制减速变向机构进行避障，若l≥L，执行步骤3；
[0016]步骤21、测得拖体的深度为H1，海山顶部的水深为H2，则拖体相对于海山顶部的高度差为H＝H
1-H2；通过测得此时拖体的水平速度为V0，得到推进器能提供给拖体垂直方向上的最大稳定速度V，则对VL/V0与H的大小进行判定；
[0017]步骤22、若判定VL/V0＞H，则通过减速变向机构的变向避开海山，通过电机驱动侧翼逆时针旋转90度，使推进器位于正下方，同时推进器启动，带动拖体上升直至完全避开海山，当检测到拖体完全越过海山山体后，电机驱动侧翼顺时针旋转180度，使推进器位于正上方，推进器反向驱动拖体直至回归至初始深度，推进器断电，电机驱动侧翼逆时针旋转90度回归初始状态；
[0018]步骤23、若判定VL/V0≤H，则通过减速变向机构进行减速避障，电机驱动侧翼直接旋转180度，使推进器反向推进，迫使拖体减速直至停止运动，并通过回收拖缆进行拖体的后续避障；
[0019]步骤3、若l≥L，则启动急停机构，打开伞舱门并张开阻力伞，利用阻力伞提供的流体阻力迫使拖体急停，并通过回收拖体进行重新布放。
[0020]进一步的，所述步骤1中关于有效避障距离l的设定，具体采用以下方式：
[0021]设左右侧翼上的推进器提供的最大推力和为F
max
，拖体的质量为m，且拖体利用减速变向机构进行减速时的运动视为匀减速直线运动，则拖体的有效避障距离l满足：即
[0022]进一步的，所述步骤21中，推进器能提供给拖体垂直方向上的最大稳定速度为V通过以下方式确定：
[0023]设拖体在水中受到的浮力为F0，拖体匀速运动时的阻力系数为k，忽略垂直方向上的加速过程，有F
max
+F
0-mg-kV2＝0，即可得到推进器给拖体垂直方向上的最大稳定速度
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0025]1、应急避障机构包括减速变向机构和急停机构，利用电机带动侧翼旋转并配合推进器实现减速变向机构的减速功能和变向功能，急停机构通过释放阻力伞，并利用阻力伞的流体阻力实现急停机构的急停功能，可根据控制装置的判定灵活选择变向、减速、急停三种避障方式，能够大大降低设备受损的风险；克服传统的通过收放拖缆和调节船速进行避障的方法的滞后性以及操作繁琐、效率低下等缺点，保证拖体在遇到海山等突变海底地形
时可智能、自主、连续的完成应急避障，提高拖体在应急避障时的响应速度和避障效率；
[0026]2、该应急避障机构控制流程为闭环控制，可通过应急避障机构进行实时、连续避障，并可根据实际情况智能自主的选择多种避障方式，从而避免拖体在拖曳过程中受损；保证拖体在遇到海山等突变海底地形时能够根据实际情况灵活选择避障方式，智能、自主、连续的完成应急避障，不仅减少工作量和工作成本，提高作业效率，降低设备受损的几率。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例所述拖体主体结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例减速变向机构示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例所述急停机构示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例急停机构工作示意图；
[0031]图5为本专利技术实施例避障原理示意图；
[0032]图6为本专利技术实施例应急避障机构控制流程示意图。
具体实施方式
[0033]为了能够更加清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。需要说明的是，本实施例中所述的尾部、后方等位置关系，以图1所示方向为准，尾翼10所在位置方向为尾部或后方，在下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深海拖体应急避障机构，其特征在于：包括承载拖体的拖体框架(6)、减速变向机构(8)和急停机构(9)，拖体框架(6)的前端安装有声呐(4)，拖体框架(6)内安装有控制装置(2)和仪器舱(3)，减速变向机构(8)、急停机构(9)和仪器舱(3)均与控制装置(2)电连接；所述减速变向机构(8)对称固定安装在拖体框架(6)的左右两侧，减速变向机构(8)包括侧翼(11)、推进器(17)和电机(12)，推进器(17)固定安装在侧翼(11)上，侧翼(11)与电机(12)输出轴相连，通过电机(12)驱动侧翼(11)以电机输出轴所在直线为旋转轴在竖直面内旋转；所述急停机构(9)安装在拖体框架(6)的尾部，包括伞舱(18)、阻力伞(19)以及弹出机构，阻力伞(19)与弹出机构相连并折叠安装在伞舱(18)内；所述仪器舱(3)中搭载有多普勒速度计程仪以及超短基线定位系统的应答器和深度传感器。2.根据权利要求1所述的深海拖体应急避障机构，其特征在于：所述侧翼(11)与电机(12)输出轴之间安装有驱动轴(15)和联轴器(14)，侧翼(11)通过锁紧螺母(16)与驱动轴(15)转接，驱动轴(15)与联轴器(14)的一端相连，联轴器(14)的另一端与电机(12)输出轴相连。3.根据权利要求1所述的深海拖体应急避障机构，其特征在于：所述弹出机构包括弹簧组(20)、释放机构(21)和冲击板(22)，弹簧组件(20)安装在冲击板(22)和伞舱(18)的内侧壁之间，释放机构(21)一端与伞舱内侧壁相连，另一端与冲击板(22)相连，释放机构(21)与控制装置电连接。4.根据权利要求1所述的深海拖体应急避障机构，其特征在于：所述拖体框架(6)的顶部安装有浮力部件(1)，拖体框架(6)内还安装有配重块(7)。5.根据权利要求1所述的深海拖体应急避障机构，其特征在于：所述拖体框架(6)尾部顶端的两侧安装有尾翼(10)，所述尾翼(10)和侧翼(11)均选用NACA0012翼型。6.基于权利要求1-5任一项所述深海拖体应急避障机构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将拖体的有效避障距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆凯，李志彤，杨源，周吉祥，单瑞，刘慧敏，于得水，徐华源，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：