賀轍

摘 要：本文結(jié)合自主式無(wú)纜潛航器（AUV）在深遠(yuǎn)海搜尋救助領(lǐng)域的應(yīng)用，以“南海救102”號(hào)船為例，介紹了AUV的布放回收系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)布放回收系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能分析，以及應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，為大型AUV布放回收系統(tǒng)的使用、維護(hù)和保養(yǎng)等提出建議，同時(shí)也可以為今后AUV布放回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為參考。

關(guān)鍵詞：自主式無(wú)纜潛航器 AUV 搜尋救助 布放回收

自主式無(wú)纜潛航器（Autonomous Underwater Vehicles，AUV）作為水下搜尋和探測(cè)的主要設(shè)備之一，其布放和回收是整個(gè)作業(yè)過(guò)程中最關(guān)鍵也是最容易發(fā)生安全事故的環(huán)節(jié)。

目前國(guó)內(nèi)外大型AUV一般采用滑道式布放，配合水下自動(dòng)對(duì)接技術(shù)進(jìn)行回收。由于該類型的布放回收裝置特別依賴水面船只的支持，需要為AUV配置專門(mén)的作業(yè)母船，一般搭載在科考船上協(xié)同其他深海設(shè)備作業(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)水下探測(cè)。而對(duì)于深海、遠(yuǎn)海搜尋救助作業(yè)的大型 AUV，專門(mén)配備作業(yè)母船將耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力。因此，選擇一種合適的布放回收系統(tǒng)，在滿足深遠(yuǎn)海搜尋救助作業(yè)需求的同時(shí)，提高AUV 布放回收效率、避免回收過(guò)程不必要的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于深遠(yuǎn)海搜尋設(shè)備使用人員來(lái)說(shuō)具有重要的意義。本文結(jié)合自主式無(wú)纜潛航器（AUV）在深遠(yuǎn)海搜尋救助領(lǐng)域的應(yīng)用，以“南海救102”號(hào)船尾部A架作為水面支持設(shè)備，淺談大型AUV的布放回收。

1.布放回收系統(tǒng)組成

AUV布放回收系統(tǒng)主要包括：A型架、緩沖對(duì)接頭、液壓牽移裝置、布放脫鉤器、回收浮體和甲板抓鉤發(fā)生器。

1.1A架

A形架具備良好的通用性，適合AUV、ROV等各種潛航器及水下作業(yè)設(shè)備的布放回收，具有強(qiáng)度大、耐沖擊、操作簡(jiǎn)便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且其結(jié)構(gòu)空間大，可根據(jù)不同作業(yè)設(shè)備需求配置和安裝各種輔助設(shè)施、保護(hù)裝置等。根據(jù)不同AUV的不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用要求，與之適應(yīng)的A形門(mén)架也呈現(xiàn)不同的形式，收放作業(yè)能力從幾百公斤到數(shù)十噸不等。AUV布放回收示意圖如圖1所示。

1.2緩沖對(duì)接裝置

緩沖對(duì)接裝置上主要包括主起吊絞車、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和抗搖擺阻尼油缸，具備調(diào)整潛航器布放角度、抗震和防搖擺等功能，能實(shí)現(xiàn)潛航體安全、平穩(wěn)的布放回收。主起吊絞車的起吊能力為4t，容繩量15m，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3液壓遷移裝置

安裝在集裝箱內(nèi)部的液壓遷移裝置不僅可以作為存放和固定潛航器的一個(gè)平臺(tái)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)潛航器在集裝箱與甲板起吊點(diǎn)之間的運(yùn)轉(zhuǎn)，有效提高布放回收效率。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.4其他設(shè)備

AUV布放回收系統(tǒng)還包括布放脫鉤器、回收浮體和甲板抓鉤發(fā)射器。

脫鉤器主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)布放過(guò)程中潛航器的水下脫鉤和水上可控功能，其滿足載荷要求，能達(dá)到了潛航器布放快速脫鉤的目的，結(jié)構(gòu)如圖4所示。為避免布放下水過(guò)程中誤操作提前拉拽釋放繩或受到海水的沖擊力而使?jié)摵狡魈崆懊撱^的現(xiàn)象發(fā)生，在脫鉤器上加裝保險(xiǎn)插銷，AUV布放下水時(shí)先拉拽保險(xiǎn)繩然后再拉拽釋放繩，以達(dá)到安全可靠的目的。

回收浮體安裝在潛航器頂部，通過(guò)潛航器控制中心對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)釋放，釋放成功后，浮體脫離潛航器一定距離，浮體與潛航器結(jié)構(gòu)之間通過(guò) 30米的承重纜進(jìn)行連接。甲板抓鉤發(fā)射器原理和船用撇纜槍一樣，用于捕獲潛航器釋放的回收浮體，如圖5所示。

2.工作原理

2.1工作狀態(tài)準(zhǔn)備

（1）根據(jù)作業(yè)需求，更換起吊裝置。將緩沖對(duì)接裝置固定安裝在A架上橫梁指定位置，檢查A架及對(duì)接裝置功能一切正常。

（2）通過(guò)液壓遷移裝置，將準(zhǔn)備下水的AUV從儲(chǔ)存位置移至A架的預(yù)定起吊位置。

（3）檢查A架主絞車吊點(diǎn)是否在AUV起吊點(diǎn)上方位置。

（4）確認(rèn)各操作點(diǎn)人員是否到齊。

2.2布放流程

（1）將緩沖對(duì)接裝置與潛航器對(duì)接，主起吊絞車通過(guò)脫鉤器和卸扣與潛航器吊點(diǎn)進(jìn)行連接，檢查脫鉤器脫鉤和鎖緊功能一切正常后，便可起吊。

（2）操作A架擺臂將潛航器吊運(yùn)至下水點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)海況，調(diào)節(jié)母船艏向以配合完成潛航器的安全布放。

（3）指定一名操作員，選擇在海浪起伏的上升階段時(shí)，對(duì)潛航器進(jìn)行脫鉤下水。

（4）將A架擺到初始位置并斷電，AUV的布放完成。

該過(guò)程操作安全簡(jiǎn)單，母船保持頂流狀態(tài)，只需要一名操作員來(lái)控制A架，一名操作員控制脫鉤器對(duì)潛航器進(jìn)行布放下水。

2.3回收流程

整個(gè)回收過(guò)程的工作順序主要由以下幾個(gè)步驟完成。

（1）潛航器水面拋纜。在AUV任務(wù)結(jié)束回到水面后，通過(guò)甲板通訊對(duì)其下達(dá)拋纜指令，連接潛航器的回收浮體被釋放到水面。

（2）回收水面浮體。保持母船航速和航向，慢慢靠近AUV。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)海況情況，選擇最佳抓取位置，從母船后甲板操作抓鉤發(fā)射器發(fā)射抓鉤對(duì)回收浮體進(jìn)行回收。將與回收浮體連接的承重纜帶至后甲板A架正下方，取下回收浮體。通過(guò)連接器將承重纜與A架主起吊絞車?yán)|繩連接。

（3）起吊裝置吊放潛航器。選擇在海浪起伏的上升階段時(shí)，操作絞車將潛航器從水中提起，調(diào)節(jié)緩沖對(duì)接裝置，直至潛航器與其穩(wěn)固對(duì)接。操作A架擺臂將潛航器安全回收至甲板。

整個(gè)回收過(guò)程需要2-3人對(duì)此裝置進(jìn)行操作，其中一人操作A架，一人操作抓鉤發(fā)射器對(duì)回收浮體進(jìn)行捕獲，并將其牽引至甲板與A架主起吊絞車進(jìn)行連接。

3.布放回收的關(guān)鍵技術(shù)及要解決的問(wèn)題

3.1A形架布放回收系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）防搖減振設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的AUV布放回收作業(yè)主要是依靠艏艉環(huán)止蕩繩止蕩拉緊配合、多名操作人員推扶配合以及與吊車操作人員配合完成，該過(guò)程需要人員較多，同時(shí)也對(duì)吊車操作人員的操作水平有較高的要求，稍有不慎便會(huì)造成潛航器的磕碰，尤其是在對(duì)非回轉(zhuǎn)體流體線型AUV或底部傳感器突出較多的AUV進(jìn)行布放回收作業(yè)時(shí)更為明顯，另外如果海況惡劣，也會(huì)引起AUV巨大晃動(dòng)，極易發(fā)生磕碰，嚴(yán)重影響AUV的布放回收。

為解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)布放回收系統(tǒng)中的緩沖對(duì)接裝置來(lái)控制潛航器各個(gè)方向的擺動(dòng)，保證潛航器布放回收平穩(wěn)，有效避免因A架操作和惡劣海況引起的潛航器的磕碰和振動(dòng)。而且過(guò)程中不需要操作人員對(duì)其進(jìn)行推扶和止蕩動(dòng)作，一定程度上降低了作業(yè)人員和設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，提高了作業(yè)效率。

（2）回收浮體設(shè)計(jì)

以往AUV水面母船回收方式一般是借助小艇人為對(duì)潛航器進(jìn)行掛鉤，甚至需要潛水員下水進(jìn)行掛鉤操作，操作復(fù)雜又費(fèi)時(shí)，參與人員多，且存在很多不安全因素。

為保證潛航器安全可靠回收，在潛航器上設(shè)計(jì)安裝了專門(mén)用于回收的浮體，該設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，浮體安裝在潛航器的上表面，與潛航器之間用30米承重纜連接，潛航器浮出水面后，通過(guò)傳感器控制實(shí)現(xiàn)拋纜。操作人員只需將拋出的浮體回收到甲板上，卸下浮體，利用轉(zhuǎn)接頭將連接潛航器的承重纜與A架上的主起吊絞車進(jìn)行連接，即可完成回收，避免了大量的人力和物力。

（3）液壓遷移裝置設(shè)計(jì)

考慮到有些作業(yè)母船后甲板空間太小以及妨礙其他船用設(shè)備功能，不適合專門(mén)在后甲板布置安裝潛航器遷移軌道，而且船用吊機(jī)距離船尾布放點(diǎn)比較遠(yuǎn)，超出了起吊作業(yè)范圍，所以在儲(chǔ)存集裝箱中設(shè)計(jì)安裝一套液壓遷移裝置，利用液壓控制潛航器從一側(cè)遷移到指定的布放起吊位置。該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安全、方便，避免使用吊機(jī)來(lái)完成潛航器出艙和進(jìn)艙操作。

（4）繩控脫鉤器設(shè)計(jì)

采用繩控打開(kāi)脫鉤器時(shí)間短、速度快，提高了大型AUV簡(jiǎn)易布放的安全性和布放效率。

3.2需解決問(wèn)題

該套布放回收系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，依然存在很多需要從設(shè)計(jì)、維護(hù)和保養(yǎng)上去解決的問(wèn)題。

（1）回收受環(huán)境影響大。水面布放回收方式一般都存在這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)海面風(fēng)浪較大時(shí)，母船可能存在嚴(yán)重的搖晃，AUV 浮出水面后同樣很難保持穩(wěn)定，浮體回收難度加大，同時(shí)加大了工作人員和AUV 的安全風(fēng)險(xiǎn)。建議通過(guò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的水下對(duì)接裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)AUV水下回收。

（2）自動(dòng)化程度低。這是A形架布放的一大缺點(diǎn)，特別是在布放過(guò)程中，需要操作人員通過(guò)繩控對(duì)脫鉤器進(jìn)行脫鉤，增加了人力的同時(shí)也降低了AUV布放效率。建議通過(guò)專用單臂吊配合抓取裝置直接對(duì)AUV進(jìn)行布放下水。

（3）緩沖對(duì)接頭安裝難度大。對(duì)于多用途A形架，可能需要布放多套不同類型的探測(cè)設(shè)備，例如深拖、ROV以及AUV等，所以每次從其他作業(yè)切換到AUV作業(yè)時(shí)，需要在A架上安裝上AUV緩沖對(duì)接頭。需要通過(guò)岸上吊機(jī)或船用吊機(jī)配合起吊狀態(tài)下對(duì)其進(jìn)行安裝，由于船舶時(shí)刻處于非靜止?fàn)顟B(tài)，軸承與吊耳之間稍微有點(diǎn)偏差就無(wú)法對(duì)準(zhǔn)，而且兩臂間距在進(jìn)行機(jī)械加工后往往會(huì)有些許變形，間距變大或縮小都會(huì)導(dǎo)致無(wú)法完全吻合，很簡(jiǎn)單的一項(xiàng)安裝工作可能需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。建議：在設(shè)計(jì)AUV緩沖對(duì)接頭時(shí)輔助吊點(diǎn)要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)的效率和工作量，考慮增加機(jī)械加工和吊裝受力變形等余量，并在容易發(fā)生形變的連接裝置處加裝防形變的輔助橫梁，防止多次吊拆裝后間距發(fā)生變化。

（4）風(fēng)浪補(bǔ)充。母船的升沉運(yùn)動(dòng)和潛航器在水面上隨波浪起伏也會(huì)影響潛航器的安全回收。潛航器為保證其在水下的正常作業(yè)，通常配置成中性或正浮力狀態(tài)，因此在水面上它會(huì)隨波浪進(jìn)行起伏運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)相對(duì)母船的升沉運(yùn)動(dòng)又不一致，所以在起吊時(shí)，A架主起吊纜繩會(huì)隨著潛航器起伏呈現(xiàn)收緊和松弛狀態(tài)，當(dāng)海浪使AUV下沉而母船上浮時(shí)，主起吊纜繩會(huì)從松弛狀態(tài)突然變成張緊狀態(tài)，從而產(chǎn)生大的沖擊，可能會(huì)對(duì)潛航器、纜繩和對(duì)接裝置造成損壞。建議：緩沖對(duì)接裝置的起吊絞車設(shè)計(jì)上采取恒張力技術(shù)進(jìn)行風(fēng)浪補(bǔ)償。除了需要具有較高的起吊速度外，還應(yīng)具有起吊纜繩的恒張力控制功能，從而使起吊纜繩始終保持在張緊狀態(tài)，以減小母船升沉運(yùn)動(dòng)和波浪起伏運(yùn)動(dòng)對(duì)潛航器和收放系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊。

4.結(jié)束語(yǔ)

該套AUV布放回收系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均滿足使用要求，現(xiàn)已應(yīng)用在6000米級(jí)大型AUV的布放和回收。經(jīng)過(guò)實(shí)船操作、使用，證明整套裝置設(shè)計(jì)合理、潛航器自動(dòng)拋纜安全可靠，擺脫了傳統(tǒng)依靠小艇或潛水員人工掛鉤的操作模式，提高了AUV布放回收作業(yè)的安全性和工作效率，對(duì)類似布放回收裝置的設(shè)計(jì)具有重要的推廣作用和參考意義。

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