郭鵬

摘 要：隨著海洋探測技術的不斷發(fā)展，水下拖曳系統的設計也在不斷改進。當前，水下拖體正朝著智能化、功能多樣化的方向發(fā)展，借助該系統可實現對深水領域的探索。然而，美中不足的是，水下拖曳系統構造的不斷復雜化無形中加大了成本支出，加之深水區(qū)域地質環(huán)境復雜多變。為了避免不安全事故的發(fā)生，水下拖體設計的安全性問題成為了研究人員關注的焦點話題?；诖耍_展對水下拖體安全性設計問題的探究，并對水下拖體采取的安全性措施進行了介紹，為相關人員開展研究工作提供一定的借鑒。

關鍵詞：拖曳系統；水下拖體；主動安全措施；被動安全措施

中圖分類號：P715.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.014

隨著科技發(fā)展浪潮的不斷推進，我國海洋探測技術也較之前取得了顯著的發(fā)展。這給水下拖曳系統的發(fā)展帶來了新的發(fā)展契機。在水下拖曳系統的眾多組成部分中，水下拖體是最為重要的內容。近年來，水下拖體也在向智能化、功能多樣化的層面發(fā)展，能夠實現在深海領域探索，給水下探測工作者帶來了極大的便捷。然而，由于水下拖曳系統的不斷改進，其系統構造也變得日益復雜，系統中的各部件都是一些精密的儀器，無形中加大了成本，而且深海區(qū)域地質復雜多變，如果處理不當，極易引發(fā)不安全事故，所以，提高水下拖體的安全性則顯得尤為關鍵。水下拖體的安全性主要指的是水下拖曳系統在運行中，對遇到的一些突發(fā)狀況能夠積極應對，避免水下拖體受損壞的一種性能。當前，水下拖體的安全性措施主要分為2種：①主動安全措施，指的是為規(guī)避災難所采取的避讓措施；②被動安全措施，指的是當意外發(fā)生后，為了防止水下拖體受到損壞所采取的相關措施。

1 主動安全措施

所謂“主動安全措施”，主要指的是采取一切避讓措施，避免意外事故的發(fā)生。通過有效規(guī)避，可提高水下拖體運行的安全性，降低不安全事故發(fā)生的概率。在水下拖體設計中，應將其作為首要考慮因素。主動安全措施主要分為3種，即自動避障措施、主動解脫措施和拖體監(jiān)測措施。

1.1 自動避障措施

自動避障技術早在水下航行器中就有一定的應用。該技術已發(fā)展成熟，在水下航行體的運行中起到了一定的保護作用。隨著水下拖曳系統技術的不斷發(fā)展，自動避障技術在相關領域中也得到了應用，將其應用于水下拖體中，以有效規(guī)避水下固定障礙物，確保系統的安全運行。水下拖曳系統所使用的自動避障設備由測高儀、聲吶、可調定深翼板、收纜絞車等組成，在具體應用中，可結合實際情況，選擇其中幾種設備進行組合，以達到一定的效果。自動避障設備的工作原理是：借助避碰聲吶，可以有效感知障礙物的具體方位；測高儀會對水下拖體與海底的高差進行準確測量。如果發(fā)現拖體前方有障礙物存在或者水下拖體與海底高度差較小，控制系統會按照障礙物的特征及時調整定深翼板角度，結合回收拖纜等方式有效調整水下拖體的深度，以避免與障礙物發(fā)生碰撞。

以某水下探測拖體為例進行說明。該探測拖體采用的自動避障設備為避碰聲吶與可調定深翼板。避碰聲吶的探測距離可達200 m，傾斜角度為15°。探測拖體水中質量達100 kg，定深翼板展長500 mm、弦長450 mm。調節(jié)定深翼板以0.5 m/s的速度抬升探測拖體。由此可得探測拖體躲避水下障礙物的能力為：

（1）

式（1）中：H為海底障礙物的絕對高度；H0為探測拖體與海底之間的高度；V為拖體的實際抬升速度；S為避碰聲吶的探測距離；a為避碰聲吶探測時的傾斜角度；V0為拖體拖曳速度；t0為從得知障礙物的具體位置后到避碰聲吶將指示發(fā)出之間的時間間隔。

通過實測，將相關數據代入上述公式計算得出，該探測拖體躲避水下障礙物的絕對高度約為48 m。

1.2 主動解脫措施

主動解脫設備因構造簡單，可操作性強，在水下拖體設計中得到廣泛應用。主動解脫的主要作用是對水下拖體上懸掛的異物比如繩索等物體進行主動解脫，防止水下拖體受到損傷，提高水下拖體的運行效率。當前，主動解脫措施主要包括如下內容：①將所有的迎流面設計成掠形，而且要確保表面無凹槽現象。這樣，當水下拖體上拖掛有雜物時，可在短時間內迅速滑脫。②在拖曳點處安裝破斷銷。當拖纜拖掛異物時，會逐漸滑脫到水下拖體的拖曳點部位，導致水下拖體承受巨大的拉力。當超出破斷銷所能承受的范圍時，破斷銷會斷裂，拖體受力點也會移動到尾部掛點部位，借助水下拖體的不斷翻轉，最終將異物脫離出來。③將銑刀安裝在拖纜末端與拖體迎流面位置。異物被拖掛時，可借助銑刀將異物割斷，解脫異物。

1.3 拖體監(jiān)測措施

采取拖體監(jiān)測措施可對水下拖體進行全程監(jiān)控，看其內部有無漏水現象，或者監(jiān)控水下拖體溫度的變化等。如果拖體內部發(fā)生漏水現象或者拖體溫度超過許可范圍，可采取回收拖體或者暫停作業(yè)的方式處理，以防止對拖體內部的電子器件造成損傷，引發(fā)不安全事故。此外，由于變壓器油導熱性能好、絕緣程度高及密度低等特征，還可采用在拖體內部注入變壓器油的方式來有效解決拖體內部漏水和升溫過快的問題。這樣做，一方面可提高拖體內部的密封性，杜絕漏水現象的發(fā)生，保護電子器件免受水的侵蝕，提高其精密性；另一方面還可將拖體溫度控制在可控范圍內，確保系統得以安全運行。

2 被動安全措施

被動安全措施主要指的是水下拖曳系統在運行中已發(fā)生事故，比如碰撞或者拖掛異物等，為了避免對水下拖體造成損傷所采取的有效解決措施。被動安全措施有頭部防撞艙措施、指示信標措施、拋棄重物塊措施和安全氣囊措施4種。

2.1 頭部防撞艙措施

頭部防撞艙措施主要應用于拖曳速度過快或者收放作業(yè)時易發(fā)生船尾碰撞的拖體。它的作用是通過碰撞后產生的形變來吸收碰撞后產生的能量，以降低對拖體構件的影響。一般而言，頭部防撞艙設計成透水結構，而且組成該結構的部件也無需購買價格高的，按照實際碰撞程度合理選擇頭部防撞艙的結構強度。如果頭部防撞艙強度較低，則拖體發(fā)生碰撞后所產生的能量不能被完全吸收，勢必會對拖體造成一定的損傷，因此頭部防撞艙設計時強度應適中。設計頭部防撞艙時，應選擇一些金屬材料比如玻璃鋼等，而且要確保拆卸便捷。

2.2 指示信標措施

在拖體在水底遺失情況下，指示信標能夠迅速對拖體的位置進行準確定位，方便工作人員及時打撈。指示信標有聲信標、GPS信標和染色劑等多種形式。一般將指示信標安裝在拖體上，由專門的電池供電，這樣可避免拖體受到損傷。根據實際所需，選擇恰當的指示信標啟動方式，拖體在正常工作狀態(tài)下，可將指示信標調整為休眠狀態(tài)，這樣可保留一定的電量，為后續(xù)搜索提供充足的電量保障。聲信標在負浮力拖體上有一定的應用，如果水下拖體丟失，可借助定位基陣搜尋，找出水下拖體的具體方位，提高打撈的精確性。

2.3 拋棄重物塊措施和安全氣囊措施

拋棄重物塊與安全氣囊的工作原理均是借助相關設備將負浮力的水下拖體轉變成正浮力拖體，待其浮在水面上后，施工人員可將其從水中打撈出來。

2.3.1 拋棄重物塊措施

通常情況下，在拖體的底部安裝重物塊，為了避免其出現滑動現象，可借助卡樺機構進行加固處理。如果水下拖曳系統有異物存在，拖體會超過自身荷載力，導致拖纜斷裂，水下拖體丟失。這時，電磁體會采取一系列的指令將重物塊拋出，使水下拖體浮出水面。

2.3.2 安全氣囊措施

安全氣囊的工作原理是通過充入一定的氣體，借助浮力的作用使拖體浮出水面。一般選擇凱夫拉加強型橡膠作為安全氣囊的組成材料，由于氣體的體積會隨著壓力的增加而逐漸減小，因此安全氣囊使用在水深不超過200 m的區(qū)域。安全氣囊中充入的是高壓氣瓶提供的氣體，它主要借助電磁閥進行有效控制，使用時才會開啟。高壓氣瓶具有重復利用率高、安全可靠等優(yōu)點，但美中不足的是，充氣速度太慢，氣瓶較重，實際應用中可結合實際情況有效選擇。

3 結束語

水下拖體安全性措施能有效提高水下拖體及水下拖曳系統的安全性和生命力，在設計時應重點考慮。同時，水下拖體安全設計涉及總體技術、流體動力技術、機械設計技術、自動控制技術和水聲工程等多個學科，應與水下拖體及水下拖曳系統設計統籌考慮、綜合權衡，根據實際情況選擇合適的安全措施，在保證安全性的情況下滿足各項功能、指標要求，以求達到各項功能最優(yōu)化。

參考文獻

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[2]郭小俊，談黎洲.電子羅盤在水下拖體的應用[J].上海船舶運輸科學研究所學報，2013（01）：62-65.

〔編輯：劉曉芳〕