[发明专利]浮体载体平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种浮标装置，特别是涉及一种海上连续测量时承载海洋仪器的浮体载体平台。

背景技术

浮标是广泛应用于海洋，承载各种科研仪器进行长期海上观测、实验的载体，目前所设计大部分浮标挂接锚链系统的系留点是在浮标底端，海流对浮体的曳力在系留点上产生力矩最大，会使浮标产生倾斜，而且浮体状态容易随海流、波浪变化而变化。但在海上考察或作业时某些观测量探头需要保持平稳状态，要求海上浮标能在不同海况下保持最小倾角，以避免浮标在强海流作用下所产生的浮体倾斜而导致测量探头的倾斜，目前的浮标装置难以适应这种需要。

发明内容

本发明装置的目的是提供一个可供观测仪器安装使用，其倾斜角度受海流影响小的平稳的浮体载体平台，以解决海流对仪器倾斜角度的影响问题。

实现本发明目的的技术方案如下：

设计一种浮体载体平台，由一大球浮体和一小球浮体上下串接成柱状浮标，在小球浮体的下部连接固定一根下垂的主杆，主杆的下部挂装有重块和平衡叶片，在主杆上具有一设定的系留受力点，该系留受力点上固定有一横杆，该横杆与主杆成十字平衡连接，横杠两端分别通过转环连接一“U”形拉力杆，构成一个可自由摆动的矩形摆框，该矩形摆框的长度短于系留受力点到主杆的未端的长度，所述的U形拉力杆的下面横杆中间作为锚链系留点，与浮标锚链系统相连接，所述的主杆上的系留受力点的位置按以下公式设定：

L＝π(1±10％)[R²(3R/5+2r+D)+2r²(r+D)]/8S_叶片，

式中，L为系留受力点离平衡叶片中轴中心点的距离，R为大球半径，r为小球半径，D为系留受力点离小球底部高度，S叶片为平衡叶片在垂直于水流方向的投影面积。

上述所设计的浮体载体平台的主要特点是：第一，浮体的设计形状：上部分采用两个球状串接成柱状浮标，以提供系统需要的浮力，提高浮心，同时减小浮标受海流作用曳力系数；下部分连接一根主杆，下端挂接一重块和平衡叶，降低浮标重心，增高整个浮标稳心高度，提高浮标的稳定性；平衡叶用来加大海流对浮体下部分的曳力。第二，浮标系留受力点位置的设定：这是锚链拉曳浮标的受力点，浮标通过锚链软性结构链接锚住海底。由于海流对浮标体产生一种推力即曳力，使得单系留浮标产生一个力矩，最终与浮标倾斜重力矩平衡，达到某一倾斜角。为了使浮标不受海流影响保持垂直，要使浮标受力点的上下部分受海流的曳力作用在浮标受力点上产生合力矩为零，即∑FL＝0，浮标受力点位置的确定和平衡叶片的大小、浮体的设计形状、球体大小、主杆长短有关，本发明提供了该系留受力点的位置的设计计算公式，可以达到使浮标受力点的上下部分受海流的曳力作用在浮标受力点上产生合力矩接近零的目标。第三，在浮标体主杆上的系留受力点与锚链连接点之间通过两条会转动钢性拉杆连接，具体表现为受力点处加一横杠，横杠两端有转环，钢性拉杆与横杠之间是通过这两个自由转环连接，实现钢性拉杆自由摆动；整个拉力杆组成矩形，钢性拉杆末端为连接杠，连接锚链。因此通过拉杆转轴连接到锚链、转轴卸解浮体扭力矩。第四，平衡叶片的作用还可用来调整浮标下部受海流的曳力作用的面积。以上所有结构将保证浮标体在受锚链的张力作用下不会产生大角度倾斜。

本发明所提出的用以设定浮标系留受力点位置的公式通过以下的理论推导得到：

原理：根据海流对浮体的曳力F＝KCSV²计算公式，其中K为曳力系数，C为海水比重与重力加速度之比，S为海流垂直方向的投影面积，V流速。并根据不同形状曳力系数K不一样(K球形∶K平面＝1∶4)的特点。选定某一系留受力点，海流曳力在该点上产生转动合力矩为零，即在浮标受力点的上下部分受海流的曳力作用在该受力点上产生合力矩为零，∑FL＝0。

本发明的浮标中，其技术参数：假设大球半径为R，小球半径为r，受力点离小球底部高度为D，平衡叶片投影面积为S_叶片，球形结构体受海流的曳力系数K_球形，平衡叶片曳力系数K_平面，吃水线在大球中线处。为了达到减小海流波浪对浮标的影响，需计算出受力点离平衡叶片中轴中心点的距离L。

这时，由于大球有一半在水中，半个大球受海流的曳力：

F_大球＝K_球形CS_大球V²/2＝K_球形CπR²V²/2；