CN113120200A - 一种可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，包括支撑框架，为深海着陆器的主体结构；浮体组件，放置于支撑框架的顶端，为深海着陆器提供浮力；探测筒体，位于支撑框架的中部位置，用于保护其内部的探测器；推杆，位于探测筒体的下方；压载重块，位于推杆的下方，释放压载重块以减小着陆器的重力和改变着陆器的重心位置。本发明通过分阶段、不同方向的释放，一方面可以减轻深海着陆器自身重量，降低下沉加速度，减少着陆时的冲击；另一方面可以改变深海着陆器自身重心，适应海床表面不平坦的情况，避免了因海床表面不平坦造成的着陆器倾斜甚至侧翻，同时通过高阻尼材料和减振弹簧，降低了深海暗流和着陆冲击对探测器造成的影响。

Description

一种可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器

技术领域

本发明属于海洋装备与水下工程的技术领域，尤其涉及一种可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器。

背景技术

海洋面积占据地球表面积的71.8％，是人类一直渴望深入探索的向往之地，深海中拥有丰富的油气资源、生物资源以及多金属结核等资源，同时海底也是板块运动及地震震源等地质研究的关键区域，深海沉积物也是世界上规模最大、最深的生态系统，它是储存和埋藏有机物质的重要场地，对调节海洋氮循环和碳循环都起着重要影响。传统科考船在定点短时间的深海探测时所获取的观测参数在时序和空间上存在着不连续性问题，严重限制了对深海底层动态变化过程的研究。

目前深海着陆器的应用时间较短，在实际过程中出现的问题较多。其中主要问题有：

(1)深海着陆器着陆速度难以控制。深海着陆器下潜速度受海底暗流影响，如果深海着陆器的下降速度太快，就容易对测量部位的沉积物—上覆水界面造成过大的干扰。此外，它将会被更深地埋入沉积物中。

(2)深海着陆器水下运动姿态的控制。深海着陆器的运动姿态，会影响到它的运动速度，受力情况和坐底效果。深海着陆器的运动姿态尽量维持正浮或小倾角范围变化的状态可以保持相对稳定速度和降低回收难度。因此深海着陆器需要具有良好的运动稳定性。

(3)深海着陆器着陆稳定性，深海海床表面难以监测，有高山和深谷、缓坡和平原以及沟壑和丘脊。深海着陆器一旦在非平坦海床表面着陆，极易产生受力不平衡现象，加上海底暗流作用，导致设备倾斜等，对采样检测造成一定难度，严重时影响设备回收工作。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，保证深海着陆器的着陆稳定性，保证设备安全与采样的顺利进行。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，包括支撑框架，为深海着陆器的主体结构；浮体组件，放置于所述支撑框架的顶端，为深海着陆器提供浮力；探测筒体，位于所述支撑框架的中部位置，用于保护其内部的探测器；推杆，位于所述探测筒体的下方；压载重块，位于所述推杆的下方，释放压载重块以减小着陆器的重力和改变着陆器的重心位置。

可选的，所述压载重块与推杆之间通过挂钩相连接，所述压载重块分为分块式压载重块和整体式压载重块两部分，其中，所述分块式压载重块位于所述整体式压载重块的下方。

进一步的，所述分块式压载重块既可以在水平方向分层释放，又可以沿竖直方向在某一侧单独释放，水平分层释放可以降低自身重力，减小深海着陆器下沉加速度，减少设备冲击；沿某一侧单独释放可以改变深海着陆器重心位置，以适应不同的深海海床表面。

可选的，所述探测筒体包括：筒壁、位于筒壁内部的探测器，所述筒壁和探测器之间设有减振弹簧，用于减小深海暗流和着陆冲击带来的影响。

进一步的，所述探测筒体和活塞式推杆之间设有探测筒体支撑平台，所述探测筒体支撑平台与所述支撑框架焊接连接。

由上，相比传统深海着陆器，新型深海着陆器结构更能适应深海暗流、海床表面情况复杂多变的环境，将传统压载重块分为两部分，在应对不同平坦度的海床表面时，通过分阶段、不同方向的释放，一方面可以减轻深海着陆器自身重量，降低下沉加速度，减少着陆时的冲击；另一方面可以改变深海着陆器自身重心，适应海床表面不平坦的情况，避免了因海床表面不平坦造成的着陆器倾斜甚至侧翻，同时通过高阻尼材料和减振弹簧，降低了深海暗流和着陆冲击对探测器造成的影响。

与现有技术相比，本发明的深海着陆器至少具有如下有益效果：

本发明的压载重块为分块式设计，总体分为两部分包括第I阶段释放重块和第II阶段释放重块，其中第I阶段释放重块为分块式设计。第II阶段重块为整体式设计，分块式压载重块既可以在水平方向上分层释放，还可在某一侧单独释放，既能降低自身自重，减小下沉加速度，又可以改变自身重心位置，在减小着陆冲击的同时还可适应深海海床表面平坦度，增强着陆稳定性；探测筒体减震防冲击设计，通过内壁和探测器之间的含高阻尼材料和减振弹簧减小深海暗流和着陆冲击对探测器带来的影响。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明的可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器的结构示意图；

图2为本发明的探测筒体的结构示意图。

其中，1-支撑框架；2-浮体组件；3-探测筒体支撑平台；4-探测筒体；5-推杆；6-整体式压载重块；7-分块式压载重块；8-筒壁；9-探测器；10-减振弹簧。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明的可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，主要包括支撑框架1、浮体组件2、探测筒体支撑平台3、探测筒体4、推杆5、整体式压载重块6和分块式压载重块7，其中探测筒体4具体包括：筒壁8、探测器9、减振弹簧10等。

支撑框架1用于连接深海着陆器所有装置部件，一般采用高强度合金材料。浮体组件2放置于支撑框架的顶端，为整体设备提供浮力，探测筒体支撑平台3位于支撑框架的中部位置，与框架的连接方式为焊接，支撑平台3下方设置有推杆5，推杆的下方分别为整体式压载重块6和分块式压载重块7相连。推杆5可为活塞式推杆。

整体式压载重块6和分块式压载重块7构成本发明的压载重块，压载重块分为两层，包括第I阶段释放重块和第II阶段释放重块，其中第I阶段释放重块为分块式设计，第II阶段释放重块为整体式设计。

整体式压载重块6和分块式压载重块块7与推杆5之间通过挂钩相连接。

分块式压载重块7横向竖向均可以实现分块释放。即压载重块既可以在水平方向上分层释放，这样只会使深海着陆器的重心在竖直方向变化而不会使整体偏移；同时重块还可以在某一侧单独释放，通过改变重心位置适应深海海床表面工况。

本发明的探测筒体4为圆柱形耐压筒，固定在支撑框架1上，内部用于放置探测器等设备。探测器9与筒壁8之间通过高阻尼材料连接，且连接方式为焊接。

另外，筒壁8与探测器9之间设有减振弹簧10，且采用高阻尼材料制备，用以抵消深海暗流和着陆冲击带来的影响。

本发明的深海着陆器内部含有多个超声波发射器和接收器，临近海床表面时用于探测海床表面平坦程度和距离。

本发明的可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器的工作原理如下：

当深海着陆器被投放至海平面后，在压载重块的作用下，此时重力大于浮力，深海着陆器整体开始下潜，且速度不断加快，当着陆器下潜到一定深度接近深海海床表面时，开始第I阶段释放重块，每层均匀释放重块，在保证深海着陆器不发生偏转的同时进而降低重力，减小深海着陆器下沉加速度，同时在深海着陆器内部配有多个超声波发射器和接收器，可实时探测与海床距离，同时根据每个接收器接收声波的时间差，可以判定海床表面(深海着陆器着陆面)的平坦性，当着陆面足够平坦时，第I阶段释放重块依旧是分层释放，但要保证设备整体重力大于浮力，否则一旦深海着陆器速度降到零，便开始上浮。当着陆面不平坦时，在深海着陆器临近着陆过程中，第I阶段释放重物块开始从侧面释放，海床表面凸起部分竖直方向对应重块开始释放，通过释放某一侧的重块，使得深海着陆器的重心发生变化，同时整体会发生一定量的偏转，适应着陆面非平坦情况，同时从着陆时设备安全性考虑，为了减少探测器受到海底暗流和着陆时的冲击带来的损伤，在探测筒体内壁与探测器外壳之间连接有减振弹簧，减少探测器的冲击，进而能完整准确的进行探测检测工作。待着陆器收到收回指令后，此时通过活塞推杆的作用将所有压载重块全部释放，此时系统浮体组件发挥主要作用，系统浮力大于重力，进而使深海着陆器顺利浮出水面，完成整个探测会回收工作。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，其特征在于，包括：

支撑框架，为深海着陆器的主体结构；

浮体组件，放置于所述支撑框架的顶端，为深海着陆器提供浮力；

探测筒体，位于所述支撑框架的中部位置，用于保护其内部的探测器；

推杆，位于所述探测筒体的下方；

压载重块，位于所述推杆的下方，释放压载重块以减小着陆器的重力和改变着陆器的重心位置。

2.如权利要求1所述的可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，其特征在于，所述压载重块与推杆之间通过挂钩相连接，所述压载重块分为分块式压载重块和整体式压载重块两部分，其中，所述分块式压载重块位于所述整体式压载重块的下方。

3.如权利要求2所述的可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，其特征在于，所述分块式压载重块既可以在水平方向分层释放，又可以沿竖直方向在某一侧单独释放，水平分层释放可以降低自身重力，减小深海着陆器下沉加速度，减少设备冲击；沿某一侧单独释放可以改变深海着陆器重心位置，以适应不同的深海海床表面。

4.如权利要求1所述的可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，其特征在于，所述探测筒体包括：筒壁、位于筒壁内部的探测器，所述筒壁和探测器之间设有减振弹簧，用于减小深海暗流和着陆冲击带来的影响。

5.如权利要求1所述的可适应海底地貌的新型抗冲击深海着陆器，其特征在于，所述探测筒体和活塞式推杆之间设有探测筒体支撑平台，所述探测筒体支撑平台与所述支撑框架焊接连接。

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