一种深海黑烟囱原位探测潜标及探测方法与流程

本发明涉及深海原位探测潜标装备，尤其是一种深海黑烟囱原位探测潜标及探测方法。

背景技术：

1、在深海海底，海底热液区活跃时会产生高温喷射水流，形成所谓的黑烟囱。在黑烟囱内部放置浮标放进行原位数据采集是较好的探测方法。但是存在以下困难：

2、为了捕获黑烟囱喷发初期的特征，潜标需要布置在可能喷发的热液区上方。但是，黑烟囱的喷发带有一定的随机性，难以准确预测喷发时间和喷发位置。因此，需要预先布置浮标长期待机，导致极易偏离最佳探测点。通常只能布置多个潜标进行大范围覆盖，从而造成浪费。

3、即便是确定了布放目标点，在布放潜标的过程中，由于海流扰动、布放初速度、下潜非定常力影响等，都会导致实际布放点小幅偏离目标布放点，导致布放失败。这对布放过程提出了较高的要求，对于大批量的精确布放，工程代价难以承受。

4、黑烟囱喷发初期的射流尽管温度较低，但是会携带沉积碎石或者矿石以较高速度喷出。如果此时潜标处于射流上方，容易被碰撞损坏。因此，在喷发初期潜标需要远离或较高于喷口，等待稳定喷发后再移动到黑烟囱内，抵近喷口进行探测。

5、为了实现以上功能需求，通常需要配备能源、传感器、驱动系统和控制系统等复杂机构，工程造价较高，难以应用于批量布放。因此，急需一种满足以上综合需求、结构简单、造价低廉的海底黑烟囱原位探测装置及探测方法。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种深海黑烟囱原位探测潜标及探测方法，从而在无能源和无动力的情况就可以完成对黑烟囱的自动捕捉和位置调整，工作可靠方便，成本低，作业效率高。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种深海黑烟囱原位探测潜标，包括浮标，所述浮标带有正浮力，浮标为探测单元，浮标的底部设置有以浮标垂直轴中心对称的四个连接点，每个连接点安装一根系固弹簧，每根系固弹簧连接坐底锚，四个坐底锚分布在同一水平面位置，相邻两个坐底锚中间通过约束缆连接；

4、单个坐底锚的结构为：包括耐压球壳，耐压球壳的舱内底部位置设置有压载铁，耐压球壳的外表面设置有艉垂直翼，艉垂直翼与耐压球壳的基线垂直，耐压球壳的侧向轴线处设置有呆木，呆木关于艉垂直翼所在平面对称，呆木与水平面之间的夹角为45°，艉垂直翼和呆木均采用矩形薄板。

5、作为上述技术方案的进一步改进：

6、所述系固弹簧采用可伸缩弹簧。

7、所述系固弹簧由形状记忆合金制成。

8、收缩后的系固弹簧的长度为原系固弹簧长度的1/10。

9、单根约束缆采用微负浮力轻绳。

10、单根约束缆的长度为未收缩状态下系固弹簧长度的

11、两个约束缆被连接到单个坐底锚上，连接处关于艉垂直翼对称。

12、连接处位于耐压球壳所在水平面内，并且过连接处的垂直面与艉垂直翼之间的夹角为45°。

13、坐底锚为水下负浮力，用于提供坐底锚定力。

14、一种深海黑烟囱原位探测潜标的探测方法，包括如下操作步骤：

15、第一步：水下母艇航行至海底热液活跃区上方，通过艇基探测结合喷发规律分析，预测黑烟囱喷发位置、温度分布及外形特征，估算形状记忆合金相变温度所在高度及该处的黑烟囱半径r，确定目标布放点；

16、母艇悬停在目标点上方，释放潜标，潜标释放之初四个坐底锚关于中心对称，艏部朝外，尾翼朝内，相邻两个坐底锚的尾翼呈90°夹角；

17、第二步：负浮力维持潜标具有一定的下潜速度，坐底锚上的倾斜呆木产生水平水动力促使坐底锚水平移动；在对称布置的约束缆的作用下，最终坐底锚自动开展并维持稳定，呈现四棱锥状态下潜；

18、第三步：坐底后，判断浮标位置是否与目标点的水平偏差小于5r，并且目标点上方有系固弹簧存在，如果满足确认布放成功，潜标坐底待机，否则，打捞起潜标重新布放；

19、第四步：潜标坐底长期待机中，一旦遇到黑烟囱喷发，由于潜标位置较高并且通常情况下会偏离目标点，避免喷发初期沉积石块的碰撞；

20、第五步：随着喷发持续进行，黑烟囱内的高温水域逐渐升高，直至覆盖到上方的系固弹簧，系固弹簧遭遇高温收缩，一端连接的坐底锚上，会拉动另一端带着浮标往收缩段移动，由于系固弹簧收缩后长度为原始长度的1/10，并且浮标与目标点的水平距离小于5r，因此，持续收缩中会将浮标拉动至黑烟囱内，当浮标进入黑烟囱内后，浮标两侧系固弹簧同时收缩，继续拉动浮标下移，靠近喷发口进行探测，直到黑烟囱内部的系固弹簧全部收缩，整个系统达到稳定状态，浮标系统实现了对黑烟囱的捕捉和位置的自动调整；

21、打捞设备回收，转运到另一处后再次利用。

22、本发明的有益效果如下：

23、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过浮标、系固弹簧、坐底锚和约束缆等部件之间的互相配合工作，可以方便的在深海环境下完成对黑烟囱的自动捕捉和位置调整工作。

24、同时，本发明具备如下优点：

25、(1)无需能源和动力，结构简单、可重复利用、造价低廉、适用于全海深，满足大批量布置的需求。

26、(2)利用海底黑烟囱的热量作为动力，实现对黑烟囱的自动捕捉和位置调整。

27、(3)大幅降低了布放的精度要求，减少了浪费，提高了作业效率。

技术特征：

1.一种深海黑烟囱原位探测潜标，其特征在于：包括浮标(1)，所述浮标(1)带有正浮力，浮标(1)为探测单元，浮标(1)的底部设置有以浮标(1)垂直轴中心对称的四个连接点，每个连接点安装一根系固弹簧(2)，每根系固弹簧(2)连接坐底锚(3)，四个坐底锚(3)分布在同一水平面位置，相邻两个坐底锚(3)中间通过约束缆(4)连接；

2.如权利要求1所述的一种深海黑烟囱原位探测潜标，其特征在于：所述系固弹簧(2)采用可伸缩弹簧。

3.如权利要求2所述的一种深海黑烟囱原位探测潜标，其特征在于：所述系固弹簧(2)由形状记忆合金制成。

4.如权利要求3所述的一种深海黑烟囱原位探测潜标，其特征在于：收缩后的系固弹簧(2)的长度为原系固弹簧(2)长度的1/10。

5.如权利要求4所述的一种深海黑烟囱原位探测潜标，其特征在于：单根约束缆(4)采用微负浮力轻绳。

6.如权利要求5所述的一种深海黑烟囱原位探测潜标，其特征在于：单根约束缆(4)的长度为未收缩状态下系固弹簧(2)长度的

7.如权利要求6所述的一种深海黑烟囱原位探测潜标，其特征在于：两个约束缆(4)被连接到单个坐底锚(3)上，连接处关于艉垂直翼(33)对称。

8.如权利要求7所述的一种深海黑烟囱原位探测潜标，其特征在于：连接处位于耐压球壳(31)所在水平面内，并且过连接处的垂直面与艉垂直翼(33)之间的夹角为45°。

9.如权利要求8所述的一种深海黑烟囱原位探测潜标，其特征在于：坐底锚(3)为水下负浮力，用于提供坐底锚定力。

10.一种如权利要求9所述的深海黑烟囱原位探测潜标的探测方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

技术总结本发明涉及一种深海黑烟囱原位探测潜标及探测方法，包括浮标，浮标的底部设置有以浮标垂直轴中心对称的四个连接点，每个连接点安装一根系固弹簧，每根系固弹簧连接坐底锚，四个坐底锚分布在同一水平面位置，相邻两个坐底锚中间通过约束缆连接；单个坐底锚的结构为：包括耐压球壳，耐压球壳的舱内底部位置设置有压载铁，耐压球壳的外表面设置有艉垂直翼，艉垂直翼与耐压球壳的基线垂直，耐压球壳的侧向轴线处设置有呆木，呆木关于艉垂直翼所在平面对称，呆木与水平面之间的夹角为45°，艉垂直翼和呆木均采用矩形薄板，在无能源和无动力的情况就可以完成对黑烟囱的自动捕捉和位置调整，工作可靠方便，成本低，作业效率高。技术研发人员：冯康佳,周念福,张文忠,渠继东受保护的技术使用者：深海技术科学太湖实验室技术研发日：技术公布日：2024/5/12