美國沿海浮標的研制

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1、美國沿海浮標的研制WE(美】瓦倫考爾波尼捕要美國國家資料浮標中心(NDBc)制作了兩個直徑2．3m的沿海浮標樣機。盡管連兩個浮標水上部分功能相同，但水下部分有實質(zhì)的區(qū)捌。第一個浮標使用一個自下支承的配置環(huán)圈構(gòu)造，用一個限制移動擺吊扦系留同定．允許玉限制的精仰角和40。的轉(zhuǎn)動第二個浮標使用傳坑的中心導昔配重平衡設計。穩(wěn)定度試驗表明．這兩個浮標都超垃了穗定性要求。目前已正在進行投放試驗．以便估算進兩種設計對選擇的業(yè)務環(huán)境帶來的經(jīng)濟效益。本文介紹其穩(wěn)定性及早期現(xiàn)場試驗的結(jié)果。一、引言海岸浮標的計劃是首先研制低成本

2、、輕便型、工作可靠的錨定浮標在近海環(huán)境中使用。使用國家資料浮標中心提供的有效負載配置，從多種氣象和海洋傳感器收集資料，在浮標上經(jīng)過處理．借助于地球同步環(huán)境業(yè)務衛(wèi)星(GOES)中繼發(fā)送到國家環(huán)境衛(wèi)星資料和信息服務部(NESDIS)。在那里，進行近實時數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢驗，然后通過全球通信衛(wèi)星(GTS)發(fā)送給用戶。因為價格低和易于投放，沿海浮標既適合于短期科學計劃，又支持長期的環(huán)境監(jiān)測。圖l是一個沿海浮標的照片。兩個沿海浮標的樣機已經(jīng)制作完成，并進行了試驗和評估。第一臺樣機(CBI)已完成了有限的現(xiàn)場投放試驗，并計劃

3、在1990年秋季投放到哥倫比亞的巴爾港外。二、設計方針和要求沿海浮標適用于氣象學的、海洋學的和定向波浪的測量。氣象學的成套觀測設備包括2個氣壓表．2套風速計(包括風向、風速)．1個氣溫傳感器和1圈1沿海浮標I第一孜投放試用瓦倫考爾猷尼：美國精海浮標的研制個海溫傳感器。風速計和氣溫傳感器分別安裝在5m和4．5m高的桅桿上。由于國家資料浮標中心(NDBc)的6m和3m浮標測量5m高處的風和氣溫，因此，這是一個優(yōu)先選用的高度，以便于與其它型號的浮標資料直接比對使用。國家資料浮標中心的任何業(yè)務的有效負載配置都裝在直

4、徑0．91m、高0．82m的圓筒形有效負載水密艙內(nèi)因為磁力儀和磁羅盤是有教負載的一部分，沿海浮標是非磁性材料制造的。沿海浮標的維修服務是在海上平靜的天氣下進行的。服務工作預期要求置換氣象傳感器并涉及電子有效負載水密艙的頂部。在海上，正常的維護(修)過程是在船上或者沿著維修船的側(cè)邊上進行的。其他設計的性能是：·一輛卡車能運輸浮標，無需特別的運輸條件和規(guī)定；·浮標容易裝卸，無需特別的設備和程序；·全部浮標成套設備少于820kg；·標體使用壽命超過6年；·生產(chǎn)成本估算：批量生產(chǎn)10個以上，每個成本3500美元(不

5、包括傳感器、電子儀器和系留用具)。由于沿海浮標是在近岸海域使用，比深海浮標更容易遭到破壞．最頻繁發(fā)生的破壞形式是小吊桿著火。因此．沿海浮標外殼由泡洙狀的封閉單元組成，以減少這些災難性毀壞的可能性。三、試驗運行環(huán)境根據(jù)國家資料浮標中心標準氣象監(jiān)測儀器配置，近岸浮標在表1條件下最少連續(xù)工作時間為1年。表1四、沿岸浮標的設計浮標的外部造型是經(jīng)過精選的。能提供足夠的浮力和穩(wěn)定性，合格的波浪運動響應，并在中等海流狀況下具有良好的性能。數(shù)學模擬分析和泡沫、塑料、鐵殼浮標模型試驗表明，在預期波條件范圍，直徑2．3m的標體

6、能提供合適的波運動響應。為保證不同海流下的性能，選用彎曲的外殼脊骨，標體提供的浮力超出預定浮力的145％。預定浮力是建立在最大預期投放的排水量1000kg，加上260kg的有效裝載和175kg的系留用具負載。選用浮標的外型高度，要考慮到生產(chǎn)浮力圈的節(jié)省問題．咽為1，37rgt厚的原材料能氣象水文海洋儀器制作2個浮圈(高)。．進^氣象傳感器的主通道，使用折疊式的上桅桿結(jié)構(gòu)，其堅固性是足夠在水面平靜時，一個人攀登桅桿，更換最高-的傳感器。第一臺樣機上使用一個固定的桅桿，其外殼(標體)排水量特性見圖2。26OO2

7、4oo／．2200／。20O0／180O／。16Oo／140O／12oo／●1OO0*／啦800／’6O0／400／200／0吃水探腰(m】閏2沿海浮標標體排承量外殼體是航海級鋁結(jié)構(gòu)，在有效負載水密艙周圍裝有一個彈性閉合的單元泡沫浮動墊圈。標體的中心部分是有效負載水密艙外罩。在三腳架上部和有效負載水密艙之間的交界面的兩種方案正在評估。第一種是一個三角結(jié)構(gòu)，裝在有效負載水密艙的周圍(見圖3)；第二種是輻條結(jié)構(gòu)，是一個分段的方管角輻射的結(jié)構(gòu)(見圖4)。正在評估這些不同方案的可生產(chǎn)性、成本和構(gòu)造性能系數(shù)。這些方案

8、都不會影響總的浮標性能。每種配置在甲板周圍都裝有一個外殼浮力墊圈支撐／碰撞圓環(huán)，一旦進一步估算浮力墊圈的完整性和性能后，這個圓環(huán)可能成為不必要的了。水下的結(jié)構(gòu)也有兩種明顯的不同方式，第1種水下結(jié)構(gòu)設計見圖5，是選擇定向渡測量的最佳隨波性。一個固定的配重平衡環(huán)圈設計使外殼能夠靈活地運動(隨波傾斜、減少表層水流沖擊和使系留負載不穩(wěn)定減少到最小)。由于一個錨定到基座的鐵質(zhì)浮標容易傾覆，所以在環(huán)圈內(nèi)部使用一個擺動的吊桿。