張睿
摘 要:一般深海探測的方式上都存在重心不足的問題,電磁波在水里的衰減速度非常高,因而,聲波探測成為偵查水下物體最為廣泛的手段。現(xiàn)在戰(zhàn)爭中,蛙人是弱勢一方獲得不對稱優(yōu)勢的重要手段,各國海軍都大力發(fā)展蛙人特種部隊,在抗美援越戰(zhàn)爭中,北越蛙人據(jù)稱取得了極大的戰(zhàn)果,據(jù)稱擊沉美帝和南越近千艘船只。因此,作為海軍強國都對如何對抗蛙人襲擊有著很大的軍事需求,這方面首要的軍事需求就是如何知道蛙人靠近。作為水下探測的第一有用手段——聲吶必然在蛙人探測方面有著自己極大的用武之地。該文采用動力和浮力概算得出最優(yōu)解決方式,該系統(tǒng)從耐波性和浮態(tài)穩(wěn)性等方面進行了研究,通過聲吶探測的方式實現(xiàn)了自主式半潛反蛙人探測。
關鍵詞:半潛載體 耐波性 浮態(tài)穩(wěn)性
中圖分類號:U695.26 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)06(a)-0041-01
1 聲吶的概況
聲吶實際上就是通過聲波來對水下目標進行實際的定位與探測,其最初被英國海軍劉易斯·尼克松于1906年發(fā)明,用于偵測冰山。為了能夠滿足距離的探測與識別的要求,主動聲吶開始轉向發(fā)展為被動聲吶,繼而發(fā)展成為低頻和大孔徑聲吶。執(zhí)行海床探測任務的聲吶可以探測到15000 m甚至更深的水域的動靜。目前常用的聲吶傳感器如圖1所示。
探測方式主要分為球型和柱型兩種,球型聲吶的特點主要是方向性好,可以通過改變基陣的相位來控制聲吶的掃描方向和距離。缺點是體積大,能耗也大,技術含量高,而且造價也高,目前主要裝備在核潛艇上。而柱型聲吶沒有球型的探測距離遠,回波的方向性和強度也沒球型的好,但是其技術含量低,體積小。造價低,主要裝備在常規(guī)潛艇上。該文中所研究的模型主要采用被動聲吶中的柱型聲吶。
2 載體的整體構造
整個載體外形為降落傘形狀,這種構造上面是弧面,可增大接收面積,下面為圓錐,在移動的時候相對阻力較小。載體的內部共由五部分組成,由下至上分別是電矢量推進裝置,電池,GPS接收機,聲吶反射面,天線。天線是聲吶被動發(fā)出波動的裝置,是探測蛙人的主要設備,對天線的保護尤為重要。為確保天線的信號接收,經過壓力測試后,決定采用玻璃鋼罩。而聲吶的反射面是單方面反射,因此將其按照玻璃鋼罩的弧度鋪設在天線下以增大接收面積。此外為確保投放載體的穩(wěn)定性并盡可能的節(jié)約資源,半潛載體之間采用三角形的連接方式。
3 半潛載體的耐波性研究
一般探測方法依賴于聲學傳遞浮標和水下運載體相對位置的信息,需要事先設置水聲基陣,作業(yè)區(qū)域有限,受海洋和氣象條件影響較大,水面船舶保障任務重,且作業(yè)效率較低,測量工序繁瑣耗時,且難以滿足水下運行器大范圍快速作業(yè)需求?,F(xiàn)有的水下定位技術,根據(jù)是否需要設置聲基陣,分為水聲定位技術和激光聲遙感技術兩大類。目前普遍使用系統(tǒng)為長基線、短基線和超短基線等水下聲定位系統(tǒng)。但由于這些系統(tǒng)在布設、校準等方面都比較困難,費時耗資,靈活性差,不能機動,作用范圍有限,不能滿足水下定位的需求。而半潛載體體積相對較小,采用電矢量推動裝置,在風浪較大的海面具有更強的適應性。整個系統(tǒng)重心低,耐波性較強。
4 半潛載體的浮態(tài)穩(wěn)性研究
關于半潛載體的浮態(tài)穩(wěn)性研究我們采用了兩種方法,第一種是離散組合法,我們將半潛載體離散成基本的體素單元,借助AutoCAD平臺進行建模,運用面向對象的方法和AutoCAD提供的Object ARX二次開發(fā)工具,對半潛載體在不同水線面下進行靜水力要素的計算,然后進行組合,求得浮體的靜穩(wěn)性曲線。同時,引入傾斜角的概念,通過求取不同排水量下的穩(wěn)性曲面,可以得到不同吃水、不同水線面下的穩(wěn)性曲線。第二種則是表面壓力法,這種方法受啟發(fā)于流體動力學中的有限元思想,是把浮體表面采用三角形剖分技術對曲面進行分割,這樣表面就分解成許多小的曲面單元,以平面三角形集合代替曲面,然后計算在某一傾角下每個小單元所承受的靜壓力,對靜壓力進行積分就可得到浮力的大小、方向和作用線,從而算出某傾角下的穩(wěn)性曲線。通過研究可以得出半潛載體的浮態(tài)穩(wěn)性相較與其他反蛙人探測設備有較強的優(yōu)勢。
半潛載體要配備有國際領先的GPS的動態(tài)定位系統(tǒng),船舶動態(tài)可適當修剪,適當?shù)匕才蓬A設遠程控制系統(tǒng),通過半潛載體的穩(wěn)定性和壓艙水穩(wěn)處維護半潛載體的擺動周期。半潛載體被投放后,利用GPS相對定位原理確定水上GPS浮標坐標位置,然后再基于空間后方交會原理,利用超聲波定位的方式,確定水下用戶位置的水面-水下立體定位。然后再利用電矢量推動裝置將其推回原設定地點。
5 結語
中國在半潛船的生產過程中,注重了半潛船的核心生產技術,在上海、廣州造船最相關的設計院常用的國際船舶,屬于未發(fā)表的研究的內部信息技術。國內外各大船社很少如此表現(xiàn)艇試驗,半潛船的設計結構并不成熟,缺乏半潛船技術創(chuàng)新方面的計劃,并缺少半潛船浮態(tài)穩(wěn)性的結論。因此,這并不意味半潛載體的研究毫無頭緒。半潛載體的耐波理論研究對半潛載體的安全具有積極意義,水流通常是均勻、連續(xù)的,水流是不可壓縮的,研究半潛載體流波性時,假定水流非粘性的轉動流體??梢杂脕砝绽狗匠瘫磉_滿足流場的速度潛力。此外,水流具有自由表面,能夠滿足半潛載體表面浮性。
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