本发明专利技术涉及一种用于海上浮式科研平台的主动式运动抑制装置，折叠帆布两端固定在一对刚性移动支架上；测波雷达可对平台远处的海浪环境条件进行实时监测并获得波浪数据，控制器据此预先控制刚性移动支架移动至阻碍浮式平台受此波浪影响产生垂荡运动趋势的部位；控制器还实时地根据阻尼传感器的阻尼方向可判定波浪对折叠帆布的施力方向，从而控制驱动装置带动刚性移动支架沿滑轨移动，使折叠帆布中部对准波浪中心位置，并使折叠帆布尽可能展开，达到同时减小平台垂荡、横摇及纵摇运动的目的。此外，该装置还可有效地利用海洋波浪能发电，从而持续地为海上浮式科研平台提供电能供应。应。应。
【技术实现步骤摘要】
用于海上浮式科研平台的主动式运动抑制装置及抑制方法
[0001]本专利技术涉及一种用于海上浮式科研平台的主动式运动抑制装置及抑制方法，属于海上平台
技术介绍
[0002]如今，认识海洋和开发海洋已成为人类拓展生存空间的共识，涉海活动如火如荼，世界范围的新一轮海洋竞争愈演愈烈。发展海上浮式平台等高端海洋装备，是加快推进海洋强国建设的必经之路，是把握未来海洋发展竞争主导权的关键举措。
[0003]以海洋科研、试验、观测为主要任务的海上浮式科研平台，由于其上布置的试验设备、测量仪器等的精度对平台的稳定性较敏感，特别是平台的垂荡运动会显著影响科研试验结果的误差，较大的垂荡运动甚至造成仪器设备无法使用。同时对于采用系泊方式定位的平台来说，大的垂荡运动会增大锚链力，极限状态下致使锚链发生断裂，对平台造成灾难性破坏。此外，长期在深远海作业的科研设施平台还需要持续的电能供应，以保证平台正常运作、为科研人员提供可靠的工作环境。为减小平台运动，目前主要采用以吸振器原理为主的被动式减振方式，通过将平台运动产生的能量转移到其减振装置上，从而达到减小平台运动响应的目的。
[0004]然而，类似这种依靠吸振原理减小平台运动的装置存在以下缺陷：
[0005]抑制平台在波浪上的运动效果差。现有减小平台运动的装置多采用以吸振原理为主的减振方式，属于一种被动式减振装置。此类装置一方面只有在平台发生运动后，该抑制装置才能发挥作用，换而言之，平台在装置还未起作用前仍具有较大的运动；另一方面吸振器中的质量块使得平台整体的重量增大、固有频率减小，导致平台更易与波浪发生共振，反而会加剧平台的运动。总之，这种被动式平台运动抑制的效果欠佳；
[0006]减小平台运动的同时产生其他负面影响。这主要由于抑制运动的装置中的大质量块会改变平台整体重量及重心位置。现有抑制平台运动的装置中的质量块不仅使得平台整体的重心增高，导致装置在减小平台运动的同时会降低平台的稳性。另外，随平台运动而移动的质量块甚至会加剧平台的摇荡。以横荡运动为例，当平台发生横荡时，质量块在平台立柱间往复移动，由于质量块的重量较大，此时将会产生一个附加力矩，使得平台绕重心转动，导致平台的横摇运动加剧；
[0007]安装难度大。由于减振装置的质量块体积较大，重量较重，运输和安装成本较大，对施工技术和设备提出了较高的要求。
[0008]现有对比专利：一种基于非线性能量阱的海洋平台减振馈能装置——CN110641639A。
技术实现思路
[0009]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术旨在提出一种抑制海上浮式科研平台运动的主动式减振装置，主要包括波浪环境监测与运动预报模块、主动式运动抑制模块以及
发电模块。该装置利用平台上的测波雷达和平台运动预报系统，可提前对平台的运动进行预报，获取波浪中平台的横摇、纵摇及垂荡运动信息。在平台发生振荡和摇荡运动前，根据获取的波浪环境信息，通过调节减振机构上的帆布伸展长度，使得帆布受到的波浪力或力矩恰好与平台欲发生的运动方向相反，从而达到减小平台振荡或摇荡运动的目的。主动式运动抑制模块主要由刚性桁架、移动式折叠帆布、控制器、铰接头及连杆组成，其关于平台中心呈对称布置，并可灵活调节每个装置中折叠帆布的遮挡面积，一方面，保证抑制平台垂荡运动的前提下，同时减小平台的摇荡运动；另一方面，该装置重量较轻，不仅不会增加平台的重心高度，也不会显著增大平台整体重量；结构简单，方便海上施工安装。此外，还可利用波浪作用下带有帆布的刚性桁架的往复转动来进行发电，为海上浮式科研平台提供额外的电能供应。
[0010]本专利技术采取以下技术方案：
[0011]一种用于海上浮式科研平台的主动式运动抑制装置，海上浮式科研平台的下部为浮筒，浮筒上方具有对浮式平台四个角部位进行支撑的4根立柱4；在虚拟的XYZ坐标系内，设平台的纵向方向为X向，舷侧方向为Y向；每个所述立柱4沿X向、Y向分别与一主动式运动抑制模块铰接，且通过限位部件对主动式运动抑制模块沿铰接处摆动的角度进行限制；所述主动式运动抑制模块通过双向棘轮传动机构与一发电机连接；所述主动式运动抑制模块包括一刚性桁架5，所述刚性桁架5内沿主动式运动抑制模块相对于立柱4伸出的方向设有滑轨12，滑轨12上配有一对刚性移动支架10，折叠帆布9两端固定在所述一对刚性移动支架10上；所述双向棘轮传动机构上设有阻尼传感器，所述一对刚性移动支架10各自具有使其沿滑轨12运动的驱动装置，所述驱动装置各自的控制器7分别与所述阻尼传感器信号连接；所述主动式运动抑制装置还包括波浪环境监测与运动预报模块，所述波浪环境监测与运动预报模块由位于浮式平台甲板1上的测波雷达2和平台运动预报系统3所构成，测波雷达2可对平台远处的海浪环境条件进行实时监测并获得波高、波长、周期的波浪数据，平台运动预报系统3根据实时测得的波浪数据对浮式平台下一时段欲发生的运动响应进行预报，所述控制器7据此预先控制所述刚性移动支架10移动至阻碍浮式平台受此波浪影响产生垂荡运动趋势的部位；所述控制器7还实时地根据阻尼传感器的阻尼方向可判定波浪对折叠帆布9的施力方向，从而控制驱动装置带动刚性移动支架10沿滑轨12移动，使折叠帆布9中部对准波浪中心位置，并使折叠帆布9尽可能展开，保证其受到的波浪力产生一对与平台摇荡运动方向相反的减摇力矩，从而达到能同时减小浮式平台垂荡、横摇及纵摇运动的目的。
[0012]进一步的，主动式运动抑制模块分别位于平台的四根立柱4上，通过铰接头8使得刚性桁架5与立柱4表面铰接，即保证刚性桁架5在波浪作用下可绕立柱4表面铰接点转动；主动式运动抑制模块关于平台中心呈对称布置。
[0013]进一步的，主动式运动抑制模块还包括连杆14，刚性桁架5远离立柱4的一端与立柱4表面的外形相仿，刚性桁架5内侧开有凹槽，两侧平行的凹槽中安装有所述滑轨12并在滑轨12的尾部加装金属挡片13；两刚性移动支架10分别位于折叠帆布9的两端，用于支撑、伸展或收缩帆布，并始终保持平行；在控制器7的作用下，通过其内部的伺服电机驱动刚性移动支架10下的轨轮11在滑轨12上自由移动，金属挡片13保证了轨轮11不会因过度移动而脱离滑轨12；铰接头8位于连杆14的两端，使得刚性桁架5可绕立柱4处的铰接点自由转动。
[0014]更进一步的，连杆14与刚性桁架5刚性连接，且其上固连两个方向相反的第一、第
二棘齿轮15、16；第一、第二棘齿轮15、16的内侧是棘轮，外侧为齿轮，与连杆14固连的轮盘上有棘爪24和弹簧25，弹簧25使得棘爪24始终与内侧棘轮接触；当刚性桁架5在波浪力作用下向上转动时，第一棘齿轮15起作用，第二棘齿轮16仅内部轮盘转动，外部齿轮不动；当刚性桁架5在波浪力作用下向上转动时，情况相反。
[0015]再进一步的，所述发电机位于所述立柱4内部，包括传动部分与发电部分；传动部分由传动轴20、传动轴上的大齿轮19与小齿轮20以及辅助齿轮18组成，其中，第一棘齿轮15与所述大齿轮19啮合，构成减速齿轮组；第二棘齿轮16通过中间的辅助齿轮18本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于海上浮式科研平台的主动式运动抑制装置，其特征在于：海上浮式科研平台的下部为浮体，浮体上方具有对浮式科研平台四个角部位进行支撑的4个立柱(4)；在虚拟的XYZ坐标系内，设平台的纵向方向为X向，舷侧方向为Y向；每个所述立柱(4)沿X向、Y向分别与一主动式运动抑制模块铰接，且通过限位部件对主动式运动抑制模块沿铰接处摆动的角度进行限制；所述主动式运动抑制模块通过双向棘轮传动机构与一发电机连接；所述主动式运动抑制模块包括一刚性桁架(5)，所述刚性桁架(5)内沿主动式运动抑制模块相对于立柱(4)伸出的方向设有滑轨(12)，滑轨(12)上配有一对刚性移动支架(10)，折叠帆布(9)两端固定在所述一对刚性移动支架(10)上；所述双向棘轮传动机构上设有阻尼传感器，所述一对刚性移动支架(10)各自具有使其沿滑轨(12)运动的驱动装置，所述驱动装置各自的控制器(7)分别与所述阻尼传感器信号连接；所述主动式运动抑制装置还包括波浪环境监测与运动预报模块，所述波浪环境监测与运动预报模块由位于浮式平台甲板(1)上的测波雷达(2)和平台运动预报系统(3)所构成，测波雷达(2)可对平台远处的海浪环境条件进行实时监测并获得波高、波长、周期的波浪数据，平台运动预报系统(3)根据实时测得的波浪数据对浮式平台下一时段欲发生的运动响应进行预报，所述控制器(7)据此预先控制所述刚性移动支架(10)移动至阻碍浮式平台受此波浪影响产生垂荡运动趋势的部位；所述控制器(7)还实时地根据阻尼传感器的阻尼方向可判定波浪对折叠帆布(9)的施力方向，从而控制驱动装置带动刚性移动支架(10)沿滑轨(12)移动，使折叠帆布(9)中部对准波浪中心位置，并使折叠帆布(9)尽可能展开。以产生一对与平台摇荡运动方向相反的减摇力矩。2.如权利要求1所述的用于海上浮式科研平台的主动式运动抑制装置，其特征在于：还包括波浪环境监测与运动预报模块，所述波浪环境监测与运动预报模块由位于浮式平台甲板(1)上的测波雷达(2)和平台运动预报系统(3)所构成，测波雷达(2)可对平台远处的海浪环境条件进行实时监测并获得波高、波长、周期的波浪数据，平台运动预报系统(3)根据实时测得的波浪数据对浮式平台下一时段欲发生的运动响应进行预报，所述控制器(7)据此预先控制所述刚性移动支架(10)移动至阻碍浮式平台受此波浪影响产生垂荡运动趋势的部位。3.如权利要求1所述的用于海上浮式科研平台的主动式运动抑制装置，其特征在于：主动式运动抑制模块分别位于平台的四根立柱(4)上，通过铰接头(8)使得刚性桁架(5)与立柱(4)表面铰接，即保证刚性桁架(5)在波浪作用下可绕立柱(4)表面铰接点转动；主动式运动抑制模块关于平台中心呈对称布置。4.如权利要求1所述的用于海上浮式科研平台的主动式运动抑制装置，其特征在于：主动式运动抑制模块还包括连杆(14)，刚性桁架(5)远离立柱(4)的一端与立柱(4)表面的外形相仿，刚性桁架(5)内侧开有凹槽，两侧平行的凹槽中安装有所述滑轨(12)并在滑轨(12)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖龙飞，杨建民，张念凡，赵国成，刘明月，李欣，魏汉迪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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