半潜载体的耐波性和浮态稳性研究

张 睿 公安海警学院电子技术系 浙江宁波 315800

【文章摘要】

一般深海探测的方式上都存在重心不足的问题，电磁波在水里的衰减速度非常高，因而，声波探测成为侦查水下物体最为广泛的手段。本文采用动力和浮力概算得出最优解决方式，该系统从耐波性和浮态稳性等方面进行了研究，通过声呐探测的方式实现了自主式半潜反蛙人探测。

【关键词】

半潜载体；耐波性；浮态稳性

1 声呐的概况

声呐实际上就是通过声波来对水下目标进行实际的定位与探测，其最初被英国海军刘易斯• 尼克松于1906 年发明，用于侦测冰山。为了能够满足距离的探测与识别的要求，主动声呐开始转向发展为被动声呐，继而发展成为低频和大孔径声呐。执行海床探测任务的声呐可以探测到15000 米甚至更深的水域的动静。目前常用的声呐传感器如图1 所示。

探测方式主要分为球型和柱型两种，球型声呐的特点主要是方向性好，可以通过改变基阵的相位来控制声呐的扫描方向和距离。缺点是体积大，能耗也大，技术含量高，而且造价也高，目前主要装备在核潜艇上。而柱型声呐没有球型的探测距离远，回波的方向性和强度也没球型的好，但是其技术含量低，体积小。造价低，主要装备在常规潜艇上。本文中所研究的模型主要采用被动声呐中的柱型声呐。

2 载体的整体构造

整个载体外形为降落伞形状，这种构造上面是弧面，可增大接收面积，下面为圆锥，在移动的时候相对阻力较小。载体的内部共由五部分组成，由下至上分别是电矢量推进装置，电池，GPS 接收机，声呐反射面，天线。天线是声呐被动发出波动的装置，是探测蛙人的主要设备，对天线的保护尤为重要。为确保天线的信号接收，经过压力测试后，决定采用玻璃钢罩。而声呐的反射面是单方面反射，因此将其按照玻璃钢罩的弧度铺设在天线下以增大接收面积。此外为确保投放载体的稳定性并尽可能的节约资源，半潜载体之间采用三角形的连接方式。

3 半潜载体的耐波性研究

一般探测方法依赖于声学传递浮标和水下运载体相对位置的信息需要事先设置水声基阵作业区域有限受海洋和气象条件影响较大水面船舶保障任务重且作业效率较低测量工序繁琐耗时且难以满足水下运行器大范围快速作业需求。现有的水下定位技术根据是否需要设置声基阵分为水声定位技术和激光声遥感技术两大类。目前普遍使用系统为长基线、短基线和超短基线等水下声定位系统。但由于这些系统在布设、校准等方面都比较困难，费时耗资，灵活性差，不能机动，作用范围有限，不能满足水下定位的需求。而半潜载体体积相对较小，采用电矢量推动装置，在风浪较大的海面具有更强的适应性。整个系统重心低，耐波性较强。

4 半潜载体的浮态稳性研究

关于半潜载体的浮态稳性研究我们采用了两种方法，第一种是离散组合法，我们将半潜载体离散成基本的体素单元借助AutoCAD 平台进行建模，运用面向对象的方法和AutoCAD 提供的Object ARX 二次开发工具对半潜载体在不同水线面下进行静水力要素的计算然后进行组合，求得浮体的静稳性曲线。同时引入倾斜角的概念通过求取不同排水量下的稳性曲面可以得到不同吃水、不同水线面下的稳性曲线。 第二种则是表面压力法这种方法受启发于流体动力学中的有限元思想是把浮体表面采用三角形剖分技术对曲面进行分割这样表面就分解成许多小的曲面单元以平面三角形集合代替曲面然后计算在某一倾角下每个小单元所承受的静压力对静压力进行积分就可得到浮力的大小、方向和作用线从而算出某倾角下的稳性曲线。通过研究可以得出半潜载体的浮态稳性相较与其他反蛙人探测设备有较强的优势。

半潜载体要配备有国际领先的GPS 的动态定位系统，船舶动态可适当修剪， 适当地安排预设远程控制系统，通过半潜载体的稳定性和压舱水稳处维护半潜载体的摆动周期。半潜载体被投放后，利用GPS 相对定位原理确定水上GPS 浮标坐标位置，然后再基于空间后方交会原理，利用超声波定位的方式，确定水下用户位置的水面- 水下立体定位。然后再利用电矢量推动装置将其推回原设定地点。

5 总结

中国在半潜船的生产过程中，注重了半潜船的核心生产技术，在上海、广州造船最相关的设计院常用的国际船舶，属于未发表的研究的内部信息技术。国内外各大船社很少如此表现艇试验，半潜船的设计结构并不成熟，缺乏半潜船技术创新方面的计划，并缺少半潜船浮态稳性的结论。因此，这并不意味半潜载体的研究毫无头绪。半潜载体的耐波理论研究对半潜载体的安全具有积极意义，水流通常是均匀、连续的，水流是不可压缩的，研究半潜载体流波性时，假定水流非粘性的转动流体。可以用来拉普拉斯方程表达满足流场的速度潜力。此外，水流具有自由表面，能够满足半潜载体表面浮性。

【参考文献】

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【作者简介】

张睿（1993—），女，内蒙古人，民族： 汉，学历：本科在读，研究方向：gps 定位022