[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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，属于海上平台技术领域。

背景技术

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。

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。

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：

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；

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；

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。

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。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明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。