水中自动浮降装置的设计分析.doc

水中自动浮降装置的设计分析 　　摘 要 水中自动浮降装置要求具有在水中自动下降，能够在水底长时间停留，能够自动从水底浮出水面，且下降与上浮过程中整个装置不能发生上下翻转，针对以上要求，论文从结构与计算方面进行分析，对水中自动浮降装置的设计提出建议，供其他设计者参考。 　　关键词 自动浮降装置；设计分析；结构；计算 　　中图分类号：X505 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00 　　水下探测设备布放过程中要求定位尽量准确，即在指定地点投放后，其位置偏差不宜过大。由于水中流向的不确定性，水下探测设备布放入水下沉过程中，如果时间过长，布放深度较大时，在水流作用下，水下探测设备会偏离布放点很远，无法保证探测设定条件。水中自动浮降装置作为水下探测设备的载体，要求其布放后能快速沉入水底，且能在水底固定点长时间停留，当探测结束后，能够自动浮出水面，以便船上人员捕捞。因水下探测设备都安装在浮降装置的上部，为保护设备在升降过程中不被损坏，浮降装置在上浮与下降过程中还要保证水中姿态的稳定性，即不能发生上下翻转。 　　1 结构分析 　　1.1 材料选取 　　水中自动浮降装置作为水下探测设备载体，由于探测要求的不同，每次探测所使用的探测设备也不尽相同，为保证大部分探测设备的使用条件，水中自动浮降装置应采用无磁、无电，最好是非磁、非电材料为好；水下自动浮降装置材料本身还要具有一定防腐性能，能够适应不同的使用情况；考虑到使用条件及使用周期的问题，水下自动浮降装置材料本身还要有一定的强度，能够确保其有一定的使用寿命。 　　1.2 结构形式 　　根据水中自动浮降装置工作要求：入水即下沉、自动上浮、上浮与下沉过程中不发生上下翻转，其结构应具有如下特点：1）下沉过程中，重心在下部，且重力大于浮力；2）上浮过程中，浮心在上部，浮力大于重力。3）重心与浮心应在同一直线上。实现这种功能可以有三种方法：第一种，浮力不变，改变水中自动浮降装置的重力，使其可以变化；第二种，重力不变，改变水中自动浮降装置的浮力，使其可以变化；第三种，改变水中自动浮降装置的重力和浮力，使其都可以变化，至于采用那一种方法，可根据水下探测设备的布放及具体要求选定。 　　2 计算分析 　　2.1 重力重心与浮力浮心的计算 　　重力重心与浮力浮心的计算是保证水中自动浮降装置下沉与上浮过程中不发生上下翻转的前提条件，即下沉过程中重心要低于浮心，重力要大于浮力；上浮过程中浮心要高于重心，浮力要大于重力。 　　2.2 下沉时间计算 　　水中自动浮降装置下沉过程中，由于水流作用，为保证水中自动浮降装置不偏离布放点过大，必须进行下沉时间的计算，以保证水中自动浮降装置沉入水底位置在允许的偏差范围内。 　　2.3 水底停留条件计算 　　水中自动浮降装置在水下长时间停留时，必须保证在水流的冲击下，能够依靠自身与水底的摩擦力保持位置不动，以保证水下探测设备获取数据的准确性。 　　3 实例分析 　　下面结合一种水中自动浮降装置实例进行具体分析。 　　该水中自动浮降装置如图1所示，该装置采用PVC材料制成，采用改变浮降装置重力的结构形式。其共分为两层，上层为水下探测设备固定体，用于安放水下探测设备；下层为带有支腿的浮力舱，其中浮力舱上部平台上布置有高压气瓶及供气管路，用于装置的上浮，下部支腿内安放有蓄电池，用于水下探测设备的供电；浮力舱为中空结构，下沉时，内部充满水，上浮时，内部充满空气。 　　1.水下探测设备固定体 2.供气管路 　　3.高压气瓶 4.浮力舱 5.支腿 6.蓄电池 　　各部件的重力、体积如表1所示。浮力舱的容积为R，各部件的重心高度如图1所示。 　　3.1 重力重心与浮力浮心计算 　　重心计算公式如下： 　　（1） 　　浮心计算公式如下： 　　（2） 　　浮力计算公式如下： 　　（3） 　　其中：XG表示装置重心，单位为mm； 　　Gi表示装置部件重量，单位为N； 　　Xi表示装置部件重心，单位为mm； 　　G表示装置重量，单位为N； 　　XF表示装置浮心，单位为mm； 　　Vi表示装置部件浮力，单位为m?； 　　Xi表示装置部件浮心，单位为mm； 　　V表示装置容积，单位为m?； 　　表示水密度，单位为kg/m?； 　　g表示系数9.8，单位为N/kg。 　　水中自动浮降装置重心（浮力舱未注水） 　　（4） 　　水中自动浮降装置重心（浮力舱已注水） 　　（5） 　　其中：ρ表示水密度，单位为kg/m?； 　　g表示系数9.8，单位为N/kg。 　　水中自动浮降装置浮心 　　（6） 　　水中自动浮降装置浮力 　　（7） 　　水中自动浮降装置重力（浮力舱未注水）