20070405173_张文康_水声释放器设计.docVIP

1 前言 1.1 课题研究背景和意义 地球上的海洋总面积约占地球表面积的70%以上，海洋是生命的摇篮，海洋中蕴藏着丰富的尚未开发利用的各种资源。随着陆地资源的匮乏，许多重要的资源都要向海洋进军，特别是空间资源，作为战略空间，作为国家权益，作为国防前哨，人类别无选择，只有向海洋进军。因此21世纪将是海洋的世纪。 当今世界海洋意识普遍增强，随着《联合国海洋法公约》的生效，国际组织和世界各国对海洋越来越重视。发达国家更是把海洋作为国家发展战略加以实施，形成了许多新的海洋观，如海洋经济观、海洋政治观、海洋科技观、海洋地理观等等。我国是拥有300万平方公里海域面积、18000公里海岸线的海洋大国，在这片广阔的空间内蕴藏着极其丰富的资源。因此，保护、开发、利用我国丰富的海洋资源就成了我们的重要任务，这对国民经济和社会发展以及国家的军事安全都具有重要的战略意 无线电通信是常用的信息传递方式，具有速度快、容量大等特点。而且由于电磁波在水中的衰减系数与距离的高次方成正比，所以衰减极快。即使功率大如雷达的无线电系统，在水中的作用距离也很难超过几十米。用在中等距离以上的信息传递非常困难。尽管可以通过电缆和光纤进行水下通信，但是对于水下移动条件下的通信，则难以实。超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。超声波可在气体、固体、液体中等介质中有效传播，会产生反射、干涉、叠加和共振现象并且能传递很强的能量。和电磁波（如可见光、射线、无线电波等）相比，声波在水中传播的距离远，能量损失小。因此，在海洋中，多采用超声波作为传输的介质。 采用水声学原理的声学释放器被大量应用于海洋和军事领域，在海洋监测和海洋工程中，各种坐底式的海洋参数测量系统、水下应答器、潜标等都需要使用各种规格的声学释放器；在军事上，海上试验场区建设也需要使用声学释放器，未来水下通讯网络的建设和水下网络中心技术也离不开声学释放器。声学释放器的潜在用户主要是海洋石油公司、海洋地质调查单位、海洋科研机构和海军有关单位。 1.2 国内外研究现状 国外在水声释放器的研制方面起步较国内较早，其理论和实践经验较国内也丰富。通过多年的理论与实践的研究，国外在该方面获得了很多重要的成果。其中生产声释放器比较著名的公司有法国的Ixsa公司、英国的Sonardyne公司、美国的Beathos公司以及日本的NGK海洋系统公司。 Sonardyne公司的产品如下图所示。 图1.1 英国Sonardyne公司带有应答功能应答器产品情 该套设备的工作频率范围为7-15KHz，释放机构往往采用电机旋转的方式，水下工作年限一般是2-3年，其工作水深可大六千米一下，属于深水型，而且可承受的负载达五千公。 美国Beathos公司生产的水声释放器如下图所示： 图1.2 美国Beathos公司生产的带有释放功能应答器产品情 应答器的工作频段也为7-15KHz，水下工作年限为2年， TR6000和XT6000为Benthos公司生产的必威体育精装版的两款应答器产品， TR6000采用了电熔断的释放方式，操作简。 法国Ixsea公式生产的水声释放器如下图所示： 图1.3 法国Ixsea公式生产的水声释放 它的基本特性是：工作频率范围为8-16KHz，工作水深为7-8千米，可释放负载为1-5吨，材料以不锈钢为。 国内的水声释放器在可靠性、电动伺服分离机构以及灵敏度的研究方面较国外的先进技术水平而言有一定的差距。面对大深度的水下设备平台、锚分离问题，结合自身的专业特点以及通过水上试验的实践经验，中船重工集团公司第710研究所成功的研制出一套通过定时器的气动分类里机构。该套装置的工作流程是：首先通过启动定时电路启动点火器，产生高压燃气用以推动连接销解锁，从而完成雷、锚的分离目的。它的性能特点是：工作水深可达10000米，最大定时时间是30天。国内其他从事水声释放器研制的单位还有很多，其中以国家海洋技术中心、中科研海洋所、中船中国715所、厦门大学、南京大学、哈尔滨工程大学等为。 通过多年的技术研究与试验并在借鉴国外先进的理论与技术的基础上，国家海洋技术中心在声学释放器的研制方法与技术手段上已经有了一定的技术基础，使得国内声学释放器的技术开始逐步多元化，某些性能有了自己的特色。厦门大学主要在水声信道的建模与仿真、水声通信与水声网络的发展与应用、水声释放器的水下释放装置等方面展开研究；西北工业大学在水声通信编码与同步技术方面获得了自己的研究成果；哈尔滨工程大学则主要对声学通讯做深入研究。另外先后有几十套声学应答器分别应用于“海某集团研制的水下释放系统”、“某测绘研究所研制的验潮仪系统”、“大连测试技术研究所研制的水下物理检测系统”、“哈尔滨工程大学研制的MAS系统”、“中科研地球物理所研制的深海地震仪系统”等，但以