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1、拖曳式水下機(jī)器人（TUV）收放系統(tǒng)技術(shù)研究,何志強(qiáng) 易杏甫 周凱 康勇 （第七一五研究所 杭州 310012）,,摘要：本文闡述了拖曳式水下機(jī)器人收放系統(tǒng)技術(shù)，包括流線型拖纜的排纜技術(shù)、收放技術(shù)，排多層流線型拖纜的智能絞車。通過對拖曳式水下機(jī)器人收放系統(tǒng)技術(shù)的研究，為拖曳式水下機(jī)器人、拖曳聲納的收放技術(shù)提供有益參考。 關(guān)鍵字：TUV 排纜技術(shù) 收放技術(shù),1 引言,目前，國內(nèi)外都在加快水下機(jī)器人的研制步伐，作為水下機(jī)器人的一個分支拖曳式水下機(jī)器人（簡稱TUV），正在逐漸向高速、大深度方向發(fā)展，而要提高TUV的技術(shù)水平，必須解決收放技術(shù)中存在的問題。在TUV中，拖纜形式主要有兩種：一種是裸纜，第二
2、種是在裸纜上加裝流線型體（如導(dǎo)流套）形成的流線型拖纜。兩種拖纜各有優(yōu)缺點(diǎn)，裸纜收放簡單，絞車體積小，但拖曳時阻力大、振動劇烈而降低拖纜壽命，纜深比大。流線型拖纜拖曳時阻力小，可減小振動，纜深比小，能提高TUV運(yùn)載平臺的下沉深度，工業(yè)延長拖纜使用壽命，降低噪聲，這一特性對,1 引言,拖纜使用壽命，降低噪聲，這一特性對裝有各種水聲儀器設(shè)備的TUV中具有重要價(jià)值。缺點(diǎn)是，如果是單層排纜，絞車體積大，能耗高。 因此，要提高TUV的技術(shù)水平，解決高速、大深度拖曳，迫切需要解決流線型拖纜的收放及排纜技術(shù)，研究出體積小、重量輕、能耗低、智能化程度高的絞車和配套使用的收放裝置。,2 收放技術(shù)研究,TUV的
3、收放技術(shù)研究一般包括用于拖纜收放、存儲、拖曳的絞車和對水下運(yùn)載平臺進(jìn)行投放和回收的收放裝置。本文所述的研究內(nèi)容正是這兩方面的關(guān)鍵技術(shù)。,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),傳統(tǒng)的絞車排流線型拖纜只能采用單層排纜，導(dǎo)致絞車體積、重量、功耗都偏大，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的適裝性。如代表當(dāng)今世界拖曳式多參數(shù)剖面測量統(tǒng)水平的英國SEASOAR拖曳式水下機(jī)器人，其所用單層排流線型拖纜絞車，體積重量很大。,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),表1 排流線型拖纜絞車對照表,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),要減小排流線型拖纜絞車的體積、重量，就要改變流線型拖纜只能單層排纜的傳統(tǒng)思維模式，通過在兩層流線型拖纜間增加隔離層的方式來實(shí)現(xiàn)
4、排多層流線型拖纜，這種隔離層在排纜過程中應(yīng)能較為方便的安裝和拆卸。根據(jù)這種思路，卷筒設(shè)計(jì)成包括整體式卷筒和分體式卷筒的兩種形式，整體式卷筒為金屬材料，固定在絞車車體上；分體式卷筒材料以玻璃纖維增強(qiáng)塑料為主，在收放流線型拖纜時可以在絞車上安裝和,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),拆卸，因此要求其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，便于裝卸。分體式卷筒由三個帶有加強(qiáng)筋的扇形圓環(huán)殼組成，即由分體卷筒1、分體卷筒2和分體卷筒3合并而成，并設(shè)有拖纜的進(jìn)出口通道，如圖1。,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),,,圖1 分體式卷筒,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),排兩層流線型拖纜的工作原理是：當(dāng)整體式卷筒排滿一層流線型拖纜后，裝分體卷筒1
5、，轉(zhuǎn)動120，再裝分體卷筒2，轉(zhuǎn)動120，最后裝分體卷筒3，構(gòu)成完整的排纜卷筒，實(shí)現(xiàn)排兩層流線型拖纜。根據(jù)這一原理，如果在絞車上設(shè)置多個分體式卷筒，可實(shí)現(xiàn)排多層流線型拖纜。每個分體卷筒上裝有便于拆裝的把手和固定用的活扣。卷筒結(jié)構(gòu)如圖2。,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),,圖2 卷筒結(jié)構(gòu)圖,2.2排纜技術(shù),由于流線型拖纜在圓柱面的卷筒上排纜時，流線型拖纜上的導(dǎo)流套容易傾斜，影響排纜，需要通過人工干預(yù)，這樣會費(fèi)工費(fèi)時、工作效率低，排纜也不整齊，如圖3所示。,2.2排纜技術(shù),,圖3 上部排纜示意圖,2.2排纜技術(shù),解決導(dǎo)流套傾斜的最好辦法是在整體式卷筒及分體式卷筒上都設(shè)計(jì)導(dǎo)纜槽，使流線型拖纜上的導(dǎo)流套
6、導(dǎo)邊順利地進(jìn)入導(dǎo)纜槽中。如果流線型拖纜從卷筒下部排出和排入，在重力作用下，導(dǎo)流套導(dǎo)邊朝上，隨邊朝下，經(jīng)過排纜器后，順利進(jìn)入導(dǎo)纜槽而不會傾斜，排纜效果最好，不需人工干預(yù)，如圖4所示。,2.2排纜技術(shù),,圖4 下部排纜示意圖,2.3 智能技術(shù),絞車智能技術(shù)包括纜長顯示、張力顯示、張力過載報(bào)警、自動調(diào)速、自動收放等。這些智能技術(shù)可使絞車工作時安全、可靠、效率高。因此，除在絞車上合理的安裝纜長儀、張力傳感器等外，還需有一套智能軟件來控制它們。隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速電機(jī)的控制技術(shù)已經(jīng)很成熟，相對液壓控制技術(shù)，在功率不是很大時，其優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來。采用變頻調(diào)速電機(jī)的絞車，不僅結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、噪聲
7、小，更重要地是，在智能軟件控制下，能夠容易做到收放速度的控制、纜長、張力的測量，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)速、自動收放、纜長、張力的實(shí)時顯示和過載報(bào)警。,2.4 收放裝置技術(shù),TUV運(yùn)載平臺的投放和回收技術(shù)，直接影響到TUV的可靠性、安全性、可操作性。為減小拖纜在拖曳過程中產(chǎn)生的飄移、減少導(dǎo)流套損壞，流線型拖纜中導(dǎo)流套的安裝宜采用分段集成的方式，對收放裝置要求更為苛刻。TUV的智能技術(shù)決定了其流線型拖纜不可能像定深拖曳用的流線型拖纜那樣，為一整體。TUV的流線型拖纜是將導(dǎo)流套分段安裝在裸纜上，以滿足TUV工作時，流線型拖纜的導(dǎo)邊和隨邊不斷改變方向的要求。因此，在運(yùn)載平臺回收時，必須使分段安裝的的導(dǎo)邊能順利通過
8、拖動輪進(jìn)入絞車；投放時，順利通過拖動輪進(jìn)入水中。由于重力作用，進(jìn)入拖動,2.4 收放裝置技術(shù),輪前，流線型拖纜中的導(dǎo)邊朝上、隨邊朝下，如果不改變方向，讓導(dǎo)邊朝上進(jìn)入拖動輪就會損壞導(dǎo)流套。為此，必須有一套機(jī)構(gòu)使流線型拖纜翻轉(zhuǎn)后進(jìn)入拖動輪。根據(jù)這樣一個思想，設(shè)計(jì)的螺旋扶正機(jī)構(gòu)能將導(dǎo)流套扶正后有規(guī)則的進(jìn)入拖動輪。如圖5所示。,2.4 收放裝置技術(shù),圖5 收放裝置示意圖,2.4 收放裝置技術(shù),收纜時，從水面出來的導(dǎo)流套隨邊方向具有不確定性，因此，必須用導(dǎo)向件將不同方向的導(dǎo)流套歸順到同一方向后進(jìn)入螺旋扶正機(jī)構(gòu)，保證排纜順暢。 將拖動輪和螺旋扶正機(jī)構(gòu)組裝后安裝到母船的A型架或?qū)Ｓ玫氖辗偶苌?，裝上流線型拖纜，拖纜一端排到絞車上，一端與拖曳式水下機(jī)器人連接，即可對運(yùn)載平臺進(jìn)行投放、回收和拖曳，收放過程中，排纜實(shí)現(xiàn)無人干預(yù)，提了收放的自動化程度。,3 結(jié)束語,隨著TUV向大深度方向的發(fā)展，流線型拖纜的使用是一個必然的趨勢，研究排多層流線型拖纜的絞車及流線型拖纜的收放技術(shù)，能夠有效的減小絞車體積、重量、電機(jī)功率，提高TUV的適裝性和可操作性，對于推動TUV的發(fā)展具有重要意義和良好的應(yīng)用前景。,參考文獻(xiàn),1..葉果洛夫.水下拖曳系統(tǒng).海洋出版社,,謝謝各位專家指導(dǎo)！,
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