陳延濱，許云博，吳迪，張曉翼

（北京探礦工程研究所，北京 100083）

0 前言

人類不斷增長(zhǎng)的物資需求使陸地資源日益枯竭，而深邃的海洋是尚未開(kāi)發(fā)的巨大資源寶庫(kù)，對(duì)資源的需求迫使人類不得不向海洋“內(nèi)層空間”進(jìn)軍。20世紀(jì)70年代以來(lái)迅速發(fā)展的深海技術(shù)，為人類探索深海和利用海底資源提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。迄今為止，除海洋石油、天然氣外，人類還在深海洋底發(fā)現(xiàn)了錳結(jié)核、鈷結(jié)核、熱液礦床、天然氣水合物和海底生物等多種資源。未來(lái)深海資源的開(kāi)發(fā)、利用和新資源的發(fā)現(xiàn)，將對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)促進(jìn)和社會(huì)發(fā)展，以及國(guó)家的軍事安全都具有重要的戰(zhàn)略意義。在海底資源的開(kāi)發(fā)利用中，深海聲學(xué)釋放器是必不可少的重要裝備［1］。

此外，在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中，深海潛標(biāo)、海底固定或移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)、其它海洋參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)和海底底質(zhì)取樣設(shè)備等都離不開(kāi)聲學(xué)釋放器。同時(shí)，聲學(xué)釋放器在海洋軍事監(jiān)測(cè)中也大量應(yīng)用。有人預(yù)計(jì)，在未來(lái)海上試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)水下監(jiān)測(cè)工作站的建設(shè)和水下通訊網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)中也需要大量使用聲學(xué)釋放器，因此聲學(xué)釋放器還在海洋開(kāi)發(fā)和海洋資源調(diào)查、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋工程建設(shè)、海洋軍事等多種領(lǐng)域都具有廣泛用途。

當(dāng)前市場(chǎng)上的聲學(xué)釋放器大多數(shù)都是通常采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)鎖緊銷上下伸縮或者回旋旋轉(zhuǎn)方式進(jìn)行解脫釋放，其聲控系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

目前國(guó)內(nèi)使用的聲學(xué)釋放器幾乎全靠進(jìn)口，每年需耗費(fèi)大量的外匯，本文所闡述的線燃分離式聲學(xué)釋放器是一種可靠性高，簡(jiǎn)便易行，造價(jià)較低的一種釋放器，且不受海洋深度的限制，能夠滿足各研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行深海探測(cè)的需求。

圖1 聲遙控系統(tǒng)工作原理圖

1 工作原理

聲遙控系統(tǒng)采用如圖1所示的原理，浮球吊著探測(cè)設(shè)備，線燃分離式聲學(xué)釋放器吊著重物。線燃分離式聲學(xué)釋放器的工作原理如圖2所示，鋼絲繩通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)吊著重物，鋼絲繩暴露海水中，與鋼絲繩很近的位置有若干電極，應(yīng)答器和電磁開(kāi)關(guān)封閉在浮球內(nèi)。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)下沉海底，測(cè)試完畢后，甲板單元發(fā)出聲納信號(hào)，海底應(yīng)答器接受信號(hào)，并且控制電磁開(kāi)關(guān)將電極通直流電，通過(guò)海水介質(zhì)，加速不銹鋼鋼絲繩電腐蝕，當(dāng)鋼絲繩腐蝕到不足以承受重物的時(shí)候，脫離重物，完成釋放功能，通過(guò)浮球的浮力回收探測(cè)設(shè)備。其中應(yīng)答器和電磁開(kāi)關(guān)封閉在浮球內(nèi)如圖3所示。

線燃分離式聲學(xué)釋放器的原理是一個(gè)變相的杠桿機(jī)構(gòu)，由螺栓、滑塊和主體構(gòu)成，滑塊通過(guò)鋼絲繩吊著重物，受力為G。通過(guò)受力分析可分解為水平的力g2和豎直的力g1，g1作用在主體上，g2是使得滑塊和重物有脫落趨勢(shì)的力，F(xiàn)是使得滑塊和重物不能脫落的作用力，也就是要腐蝕燃斷的鋼絲繩的受力。

圖2 工作原理圖

圖3 浮球的內(nèi)部

鋼絲繩選用的時(shí)候要留有安全余量，可參照鋼絲繩的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用。選用時(shí)，要選用不銹鋼材質(zhì)，多股纏繞式鋼絲繩，不要選用帶有非金屬芯的鋼絲繩。

當(dāng)鋼絲繩腐蝕燃斷后F突然為0，滑塊向兩邊翻轉(zhuǎn)，將重物釋放。

圖4 受力圖

2 釋放時(shí)間

通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法確定腐蝕燃斷時(shí)間，可以將所采用的鋼絲繩裝配到釋放器上，放置在海水或者人造海水里。人造海水可通過(guò)符合ASTM D 1141-98（2003）標(biāo)準(zhǔn)［3］的海鹽來(lái)配置，通電進(jìn)行腐蝕燃斷實(shí)驗(yàn)。一般真正的釋放時(shí)間要小于實(shí)驗(yàn)時(shí)間，可以通過(guò)選擇鋼絲繩粗細(xì)，或者增加電極對(duì)數(shù)來(lái)控制燃斷時(shí)間。

圖5 探測(cè)器實(shí)際應(yīng)用

3 性能比較

從以上的論述可以看出，該線燃分離式聲學(xué)釋放器不受海水深度的影響，只要能接受到聲納信號(hào)的深度都適用，這比一般的深海釋放器更有優(yōu)勢(shì)。

該線燃分離式聲學(xué)釋放器與市場(chǎng)上的回旋旋轉(zhuǎn)式釋放器功能對(duì)比如下表：

應(yīng)答器頻率／kHz材料 雙向應(yīng)答釋放執(zhí)行水下釋放噸位／T線燃分離式 7～15 尼龍 無(wú) 不銹鋼纜線 0.2～5回旋旋轉(zhuǎn)式 7～15k 不銹鋼 無(wú) 高扭矩電機(jī) 1～5

由上表可以看出，其性能與已有的釋放器的性能相當(dāng)，但是其造價(jià)卻遠(yuǎn)低于回旋旋轉(zhuǎn)式釋放器，且能夠滿足一般深海探測(cè)需要。

4 結(jié)論

線燃分離式聲學(xué)釋放器，為深海探測(cè)提供了一種簡(jiǎn)便易行的深海釋放的設(shè)計(jì)思路；分析了這種線燃分離式釋放器的上浮時(shí)間，并與同類型產(chǎn)品做了性能比較；解決了研究單位進(jìn)行深海探測(cè)時(shí)須花大價(jià)錢購(gòu)買深海釋放器的問(wèn)題；解決了現(xiàn)有深海釋放器對(duì)海水深度有限制的問(wèn)題。

［1］陳雄洲，呂維樂(lè)，陳霞.深海聲學(xué)釋放器的研究與分析［J］.2009年度救撈論文集.中國(guó)會(huì)議.2009.

［2］哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社.2009.

［3］SEA-SALT ASTMD 1141-98（2003）Formulaa，Table X1.1，Section6.