拖曳式水下机器人(TUV)收放系统技术研究讲解

1、 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 摘要：本文阐述了拖曳式水下机器人收放 系统技术，包括流线型拖缆的排缆技术、 收放技术，排多层流线型拖缆的智能绞车。 通过对拖曳式水下机器人收放系统技术的 研究，为拖曳式水下机器人、拖曳声纳的 收放技术提供有益参考。 关键字：TUV 排缆技术 收放技术 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 目前，国内外都在加快水下机器人的研制步伐， 作为水下机器人的一个分支拖曳式水下机器人 （简称TUV），正在逐渐向高速、大深度方向发展， 而要提高TUV的技术水平，必须解决收放技术中存在

2、的问题。在TUV中，拖缆形式主要有两种：一种是裸 缆，第二种是在裸缆上加装流线型体（如导流套）形 成的流线型拖缆。两种拖缆各有优缺点，裸缆收放简 单，绞车体积小，但拖曳时阻力大、振动剧烈而降低 拖缆寿命，缆深比大。流线型拖缆拖曳时阻力小，可 减小振动，缆深比小，能提高TUV运载平台的下沉深 度，工业延长拖缆使用寿命，降低噪声，这一特性对 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 拖缆使用寿命，降低噪声，这一特性对装有各种水 声仪器设备的TUV中具有重要价值。缺点是，如果 是单层排缆，绞车体积大，能耗高。 因此，要提高TUV的技术水平，解决高速、大 深度拖曳

3、，迫切需要解决流线型拖缆的收放及排缆 技术，研究出体积小、重量轻、能耗低、智能化程 度高的绞车和配套使用的收放装置。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 TUV的收放技术研究一般包括用于拖缆收放、 存储、拖曳的绞车和对水下运载平台进行投放和 回收的收放装置。本文所述的研究内容正是这两 方面的关键技术。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 传统的绞车排流线型拖缆只能采用单层排缆， 导致绞车体积、重量、功耗都偏大，严重影响了 系统的适装性。如代表当今世界拖曳式多参数剖 面测量统水平的英国SEASOAR拖曳式水下

4、机器 人，其所用单层排流线型拖缆绞车，体积重量很 大。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 绞车 排缆 形式 流线型 拖缆长 度（m） 拖缆直径 (mm) 驱动 方式 功率 (kW) 外形尺寸(mm) 重量 (kg) seasoar W1525 单层750825电机-2500275026806300 seasoar W1523 单层750825液压-2600250027005900 自制三层850841电机151700190015502400 自制单层2008.25电机9.21230167011501600 自制二层2008.25电机7.511001

5、200950850 表1 排流线型拖缆绞车对照表 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 要减小排流线型拖缆绞车的体积、重量，就 要改变流线型拖缆只能单层排缆的传统思维模式， 通过在两层流线型拖缆间增加隔离层的方式来实 现排多层流线型拖缆，这种隔离层在排缆过程中 应能较为方便的安装和拆卸。根据这种思路，卷 筒设计成包括整体式卷筒和分体式卷筒的两种形 式，整体式卷筒为金属材料，固定在绞车车体上； 分体式卷筒材料以玻璃纤维增强塑料为主，在收 放流线型拖缆时可以在绞车上安装和 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 拆卸

6、，因此要求其质量轻、强度高，便于装卸。 分体式卷筒由三个带有加强筋的扇形圆环壳组成， 即由分体卷筒1、分体卷筒2和分体卷筒3合并而 成，并设有拖缆的进出口通道，如图1。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 分体卷筒2 分体卷筒1 分体卷筒3 拖缆进出口通道 图1 分体式卷筒 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 排两层流线型拖缆的工作原理是：当整体式 卷筒排满一层流线型拖缆后，装分体卷筒1，转动 120，再装分体卷筒2，转动120，最后装分 体卷筒3，构成完整的排缆卷筒，实现排两层流线 型拖缆。根据这一原理，

7、如果在绞车上设置多个 分体式卷筒，可实现排多层流线型拖缆。每个分 体卷筒上装有便于拆装的把手和固定用的活扣。 卷筒结构如图2。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 分体式卷筒整体式卷筒 图2 卷筒结构图 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 由于流线型拖缆在圆柱面的卷筒上排缆 时，流线型拖缆上的导流套容易倾斜，影 响排缆，需要通过人工干预，这样会费工 费时、工作效率低，排缆也不整齐，如图3 所示。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 排缆器 导流套易倾斜 光面卷筒

8、流线型拖缆 图3 上部排缆示意图 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 解决导流套倾斜的最好办法是在整体式 卷筒及分体式卷筒上都设计导缆槽，使流 线型拖缆上的导流套导边顺利地进入导缆 槽中。如果流线型拖缆从卷筒下部排出和 排入，在重力作用下，导流套导边朝上， 随边朝下，经过排缆器后，顺利进入导缆 槽而不会倾斜，排缆效果最好，不需人工 干预，如图4所示。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 带导流套的流线型拖缆 导缆槽 排缆器 导流套导边 导流套随边 图4 下部排缆示意图 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（T

9、UV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 绞车智能技术包括缆长显示、张力显示、张 力过载报警、自动调速、自动收放等。这些智能 技术可使绞车工作时安全、可靠、效率高。因此， 除在绞车上合理的安装缆长仪、张力传感器等外， 还需有一套智能软件来控制它们。随着电机技术 的发展，变频调速电机的控制技术已经很成熟， 相对液压控制技术，在功率不是很大时，其优势 逐渐显现出来。采用变频调速电机的绞车，不仅 结构简单、安装方便、噪声小，更重要地是，在 智能软件控制下，能够容易做到收放速度的控制、 缆长、张力的测量，实现自动调速、自动收放、 缆长、张力的实时显示和过载报警。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（T

10、UV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 TUV运载平台的投放和回收技术，直接影响 到TUV的可靠性、安全性、可操作性。为减小拖 缆在拖曳过程中产生的飘移、减少导流套损坏， 流线型拖缆中导流套的安装宜采用分段集成的方 式，对收放装置要求更为苛刻。TUV的智能技术 决定了其流线型拖缆不可能像定深拖曳用的流线 型拖缆那样，为一整体。TUV的流线型拖缆是将 导流套分段安装在裸缆上，以满足TUV工作时， 流线型拖缆的导边和随边不断改变方向的要求。 因此，在运载平台回收时，必须使分段安装的的 导边能顺利通过拖动轮进入绞车；投放时，顺利 通过拖动轮进入水中。由于重力作用，进入拖动 拖曳式水下机器人（拖曳式

11、水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 轮前，流线型拖缆中的导边朝上、随边朝 下，如果不改变方向，让导边朝上进入拖 动轮就会损坏导流套。为此，必须有一套 机构使流线型拖缆翻转后进入拖动轮。根 据这样一个思想，设计的螺旋扶正机构能 将导流套扶正后有规则的进入拖动轮。如 图5所示。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 图5 收放装置示意图 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 收缆时，从水面出来的导流套随边方向具 有不确定性，因此，必须用导向件将不同 方向的导流套归顺到同一方向后进入螺旋 扶正机构，保证排缆顺畅。 将拖动轮和螺旋扶正机构组装后安装到 母船的A型架或专用的收放架上，装上流线 型拖缆，拖缆一端排到绞车上，一端与拖 曳式水下机器人连接，即可对运载平台进 行投放、回收和拖曳，收放过程中，排缆 实现无人干预，提了收放的自动化程度。 拖曳式水下机器人（拖曳式水下机器人（TUV）收放系统技术研究）收放系统技术研究 随着TUV向大深度方向的发展，流线型 拖缆的使用是一个必然的趋势，研究排多 层流线型拖缆的绞车及流