專利名稱：一種適應中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型應用于中高海況、可搭載多種組合測量儀器，尤其涉及一種適應中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺。
背景技術：
氣候變化是當前世界性最為關注的重要科學問題之一，而在氣候變化中，海洋是 關健因子，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，是進行海洋與 大氣間能量轉換的重要機制，是影響全球氣候變化的重要過程。因此，準確獲得海氣界面動 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害最嚴重的國家之一。建設現(xiàn)代化的海洋環(huán)境保障體系，是 提升災害監(jiān)測、預報警報和災害評估能力，有效減輕海洋災害損失的重要舉措。對海上能源 通道區(qū)和影響我國氣候變化的某些關鍵海域形成連續(xù)監(jiān)測能力，就可以較大幅度提高風暴 潮、巨浪等預警能力，從而可以更有效的減小自然災害對人民生命財產(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(即風速小于30m/s，洋流4節(jié)以下)搭載測量設備測量某一特定海域 海氣通量相關參數(shù)(風速、風向、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 小尺度的天氣預報都是至關重要的。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果與實測值誤差較大，現(xiàn)場直接測量方法更受關注。 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、海氣耦合響應研究、上混 合層動力學、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測量技術發(fā)展 的需要，迫切需求對海氣界面關鍵物理過程及其派生物進行系統(tǒng)的觀測研究。然而目前國 內還尚未有針對中高海況海氣通量參數(shù)實時監(jiān)測的水面平臺，所以適應中高海況、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)展具有很強的必要性和緊迫性，測量平臺 的建設將獲取海氣通量相關的豐富的第一手資料，提升我國海氣通量觀測技術水平，為海 氣界面大氣波導和海洋數(shù)值模式預報等提供較客觀的海氣界面通量信息，服務于海洋事業(yè) 和維護國家海洋權利。

實用新型內容本實用新型需要解決的技術問題是提供一種適應中高海況、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問題，本實用新型采用的技術方案為該一種適應中高海況、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，上述結構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通過卸扣進行連 接，上端通過卸扣與主浮體架的3個相應位置進行連接，錨鏈通過吊環(huán)與做底錨10進行連 接。本實用新型的有益效果本實用新型將水面測量平臺設計成為一種框架式結構，框架結構可以在保證整個 測量平臺固有強度的同時，能夠減輕平臺的重量，減小風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；在框架結構的測 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、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、可靠、準確、穩(wěn)定的實時數(shù)據(jù)提供了保 證。本實用新型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)，可通過調整浮筒組的浮力、錨系點的選擇等接口形式及尺 寸，滿足各種不同水深、風流浪條件；本實用新型的特點之一是框架式機構，框架式結構不僅重量輕，而且可以在保證 系統(tǒng)強度的同時，減小風浪對系統(tǒng)造成的阻力，使系統(tǒng)的實用型增強。本實用新型的主要特點之二可以根據(jù)海域環(huán)境來調整平臺浮體的浮力配置，使之 適應外界風流浪條件，保持在正常狀態(tài)下持續(xù)工作，增強了其適用性。本實用新型在主要特點之三為儀器可實現(xiàn)多組合搭配，無需更改任何結構，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用型和適用性。

圖1-本實用新型的水面平臺總體結構示意圖；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，構成水上儀器掛載架，在水上儀器掛載架上架裝要試驗的測量儀 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行連接，構成水下儀器掛載架，在水上儀器掛載架上架裝 要試驗的測量儀器；再次，將尼龍繩索12的下端與錨鏈11通過卸扣進行連接，錨鏈通過吊 環(huán)與做底錨10進行連接，構成錨系組。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行連接，5個 浮筒13用螺栓固定于主浮體架14的相應位置，整個浮水面平臺完成預安裝，此時可以將平 臺放入水中，用船只拖運至工作海域，到達工作海域后，先將錨系組投放至工作地點，然后 通過卸扣將錨系組與主浮體架的相應位置進行連接，完成整個水面平臺的安裝。本實用新型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構， 桁架式結構在保證掛載架強度的同時，可以減小整個掛載架的重量，減小工作海域風流浪 對水面平臺的阻力，從而減小了由于風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，采用桁架式結構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(相對于大地坐標系)進行架裝，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構，是水面平臺的主要承力部件，設計成為正 五邊形帶五圓柱式框架結構，根據(jù)平臺的相關設計參數(shù)、強度設計要求、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 ，此種框架式結構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，波浪可以從框架結構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δ = 8mm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浮力，使平臺可以系留于工作海域，避免由于 平臺漂離預定工作海域造成采集的數(shù)據(jù)失真，錨系點經(jīng)過理論計算，設計在主浮體下3m處 (自主浮體上平面算起)，采用三點系留方案，與單點系留于平臺最下端相比，三點系留可 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，達到指標要求。通過試驗表明，本裝置可以有效的釋放，工作，并能顯著的適應中高海況下的外界 條件，為我國建設現(xiàn)代化的海洋環(huán)境保障體系，提升災害監(jiān)測、預報警報和災害評估能力， 有效減輕海洋災害損失提供了有利的支持。
權利要求一種適應中高海況、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，上述結構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(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)通過卸扣進行連接，上端通過卸扣與主浮體架進行連接，錨鏈通過吊環(huán)與做底錨(10)進行連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種適應中高海況、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)權利要求1所述的一種適應中高海況、多組合式的低阻力框架式水面平臺，其 特征在于尼龍繩索(12)的上端通過卸扣與主浮體架的3個對應位置進行連接。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種適應中高海況、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。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種適應中高海況、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。
專利摘要本實用新型公開了一種適應中高海況、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進行連接。本實用新型將水面測量平臺設計成為一種框架式結構，保證整個測量平臺固有強度的同時，能夠減輕平臺的重量，減小風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B63B38/00GK201566815SQ200920279549
公開日2010年9月1日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權日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:中國船舶重工集團公司第七一○研究所