浅谈大型AUV的布放回收

贺辙

摘 要：本文结合自主式无缆潜航器（AUV）在深远海搜寻救助领域的应用，以“南海救102”号船为例，介绍了AUV的布放回收系统，通过对布放回收系统的组成、结构和功能分析，以及应用过程中出现问题，为大型AUV布放回收系统的使用、维护和保养等提出建议，同时也可以为今后AUV布放回收系统的设计作为参考。

关键词：自主式无缆潜航器 AUV 搜寻救助 布放回收

自主式无缆潜航器（Autonomous Underwater Vehicles，AUV）作为水下搜寻和探测的主要设备之一，其布放和回收是整个作业过程中最关键也是最容易发生安全事故的环节。

目前国内外大型AUV一般采用滑道式布放，配合水下自动对接技术进行回收。由于该类型的布放回收装置特别依赖水面船只的支持，需要为AUV配置专门的作业母船，一般搭载在科考船上协同其他深海设备作业来实现水下探测。而对于深海、遠海搜寻救助作业的大型 AUV，专门配备作业母船将耗费大量人力、物力和财力。因此，选择一种合适的布放回收系统，在满足深远海搜寻救助作业需求的同时，提高AUV 布放回收效率、避免回收过程不必要的风险，对于深远海搜寻设备使用人员来说具有重要的意义。本文结合自主式无缆潜航器（AUV）在深远海搜寻救助领域的应用，以“南海救102”号船尾部A架作为水面支持设备，浅谈大型AUV的布放回收。

1.布放回收系统组成

AUV布放回收系统主要包括：A型架、缓冲对接头、液压牵移装置、布放脱钩器、回收浮体和甲板抓钩发生器。

1.1A架

A形架具备良好的通用性，适合AUV、ROV等各种潜航器及水下作业设备的布放回收，具有强度大、耐冲击、操作简便、安全可靠等优点，而且其结构空间大，可根据不同作业设备需求配置和安装各种辅助设施、保护装置等。根据不同AUV的不同结构特点和使用要求，与之适应的A形门架也呈现不同的形式，收放作业能力从几百公斤到数十吨不等。AUV布放回收示意图如图1所示。

1.2缓冲对接装置

缓冲对接装置上主要包括主起吊绞车、回转机构和抗摇摆阻尼油缸，具备调整潜航器布放角度、抗震和防摇摆等功能，能实现潜航体安全、平稳的布放回收。主起吊绞车的起吊能力为4t，容绳量15m，其结构如图2所示。

1.3液压迁移装置

安装在集装箱内部的液压迁移装置不仅可以作为存放和固定潜航器的一个平台，同时还可以实现潜航器在集装箱与甲板起吊点之间的运转，有效提高布放回收效率。其结构如图3所示。

1.4其他设备

AUV布放回收系统还包括布放脱钩器、回收浮体和甲板抓钩发射器。

脱钩器主要用来实现布放过程中潜航器的水下脱钩和水上可控功能，其满足载荷要求，能达到了潜航器布放快速脱钩的目的，结构如图4所示。为避免布放下水过程中误操作提前拉拽释放绳或受到海水的冲击力而使潜航器提前脱钩的现象发生，在脱钩器上加装保险插销，AUV布放下水时先拉拽保险绳然后再拉拽释放绳，以达到安全可靠的目的。

回收浮体安装在潜航器顶部，通过潜航器控制中心对其进行自动释放，释放成功后，浮体脱离潜航器一定距离，浮体与潜航器结构之间通过 30米的承重缆进行连接。甲板抓钩发射器原理和船用撇缆枪一样，用于捕获潜航器释放的回收浮体，如图5所示。

2.工作原理

2.1工作状态准备

（1）根据作业需求，更换起吊装置。将缓冲对接装置固定安装在A架上横梁指定位置，检查A架及对接装置功能一切正常。

（2）通过液压迁移装置，将准备下水的AUV从储存位置移至A架的预定起吊位置。

（3）检查A架主绞车吊点是否在AUV起吊点上方位置。

（4）确认各操作点人员是否到齐。

2.2布放流程

（1）将缓冲对接装置与潜航器对接，主起吊绞车通过脱钩器和卸扣与潜航器吊点进行连接，检查脱钩器脱钩和锁紧功能一切正常后，便可起吊。

（2）操作A架摆臂将潜航器吊运至下水点，根据现场作业海况，调节母船艏向以配合完成潜航器的安全布放。

（3）指定一名操作员，选择在海浪起伏的上升阶段时，对潜航器进行脱钩下水。

（4）将A架摆到初始位置并断电，AUV的布放完成。

该过程操作安全简单，母船保持顶流状态，只需要一名操作员来控制A架，一名操作员控制脱钩器对潜航器进行布放下水。

2.3回收流程

整个回收过程的工作顺序主要由以下几个步骤完成。

（1）潜航器水面抛缆。在AUV任务结束回到水面后，通过甲板通讯对其下达抛缆指令，连接潜航器的回收浮体被释放到水面。

（2）回收水面浮体。保持母船航速和航向，慢慢靠近AUV。根据现场海况情况，选择最佳抓取位置，从母船后甲板操作抓钩发射器发射抓钩对回收浮体进行回收。将与回收浮体连接的承重缆带至后甲板A架正下方，取下回收浮体。通过连接器将承重缆与A架主起吊绞车缆绳连接。

（3）起吊装置吊放潜航器。选择在海浪起伏的上升阶段时，操作绞车将潜航器从水中提起，调节缓冲对接装置，直至潜航器与其稳固对接。操作A架摆臂将潜航器安全回收至甲板。

整个回收过程需要2-3人对此装置进行操作，其中一人操作A架，一人操作抓钩发射器对回收浮体进行捕获，并将其牵引至甲板与A架主起吊绞车进行连接。

3.布放回收的关键技术及要解决的问题

3.1A形架布放回收系统关键技术

（1）防摇减振设计

传统的AUV布放回收作业主要是依靠艏艉环止荡绳止荡拉紧配合、多名操作人员推扶配合以及与吊车操作人员配合完成，该过程需要人员较多，同时也对吊车操作人员的操作水平有较高的要求，稍有不慎便会造成潜航器的磕碰，尤其是在对非回转体流体线型AUV或底部传感器突出较多的AUV进行布放回收作业时更为明显，另外如果海况恶劣，也会引起AUV巨大晃动，极易发生磕碰，严重影响AUV的布放回收。

为解决上述问题，设计布放回收系统中的缓冲对接装置来控制潜航器各个方向的摆动，保证潜航器布放回收平稳，有效避免因A架操作和恶劣海况引起的潜航器的磕碰和振动。而且过程中不需要操作人员对其进行推扶和止荡动作，一定程度上降低了作业人员和设备的风险，提高了作业效率。

（2）回收浮体设计

以往AUV水面母船回收方式一般是借助小艇人为对潜航器进行挂钩，甚至需要潜水员下水进行挂钩操作，操作复杂又费时，参与人员多，且存在很多不安全因素。

为保证潜航器安全可靠回收，在潜航器上设计安装了专门用于回收的浮体，该设计非常简单，浮体安装在潜航器的上表面，与潜航器之间用30米承重缆连接，潜航器浮出水面后，通过传感器控制实现抛缆。操作人员只需将抛出的浮体回收到甲板上，卸下浮体，利用转接头将连接潜航器的承重缆与A架上的主起吊绞车进行连接，即可完成回收，避免了大量的人力和物力。

（3）液压迁移装置设计

考虑到有些作业母船后甲板空间太小以及妨碍其他船用设备功能，不适合专门在后甲板布置安装潜航器迁移轨道，而且船用吊机距离船尾布放点比较远，超出了起吊作业范围，所以在储存集装箱中设计安装一套液压迁移装置，利用液压控制潜航器从一侧迁移到指定的布放起吊位置。该设计简单、安全、方便，避免使用吊机来完成潜航器出舱和进舱操作。

（4）绳控脱钩器设计

采用绳控打开脱钩器时间短、速度快，提高了大型AUV简易布放的安全性和布放效率。

3.2需解决问题

该套布放回收系统在实际应用过程中，依然存在很多需要从设计、维护和保养上去解决的问题。

（1）回收受环境影响大。水面布放回收方式一般都存在这个问题，当海面风浪较大时，母船可能存在严重的摇晃，AUV 浮出水面后同样很难保持稳定，浮体回收难度加大，同时加大了工作人员和AUV 的安全风险。建议通过设计简易的水下对接装置来实现AUV水下回收。

（2）自动化程度低。这是A形架布放的一大缺点，特别是在布放过程中，需要操作人员通过绳控对脱钩器进行脱钩，增加了人力的同时也降低了AUV布放效率。建议通过专用单臂吊配合抓取装置直接对AUV进行布放下水。

（3）缓冲对接头安裝难度大。对于多用途A形架，可能需要布放多套不同类型的探测设备，例如深拖、ROV以及AUV等，所以每次从其他作业切换到AUV作业时，需要在A架上安装上AUV缓冲对接头。需要通过岸上吊机或船用吊机配合起吊状态下对其进行安装，由于船舶时刻处于非静止状态，轴承与吊耳之间稍微有点偏差就无法对准，而且两臂间距在进行机械加工后往往会有些许变形，间距变大或缩小都会导致无法完全吻合，很简单的一项安装工作可能需要耗费大量的时间。建议：在设计AUV缓冲对接头时辅助吊点要充分考虑现场吊装作业的效率和工作量，考虑增加机械加工和吊装受力变形等余量，并在容易发生形变的连接装置处加装防形变的辅助横梁，防止多次吊拆装后间距发生变化。

（4）风浪补充。母船的升沉运动和潜航器在水面上随波浪起伏也会影响潜航器的安全回收。潜航器为保证其在水下的正常作业，通常配置成中性或正浮力状态，因此在水面上它会随波浪进行起伏运动，这种运动相对母船的升沉运动又不一致，所以在起吊时，A架主起吊缆绳会随着潜航器起伏呈现收紧和松弛状态，当海浪使AUV下沉而母船上浮时，主起吊缆绳会从松弛状态突然变成张紧状态，从而产生大的冲击，可能会对潜航器、缆绳和对接装置造成损坏。建议：缓冲对接装置的起吊绞车设计上采取恒张力技术进行风浪补偿。除了需要具有较高的起吊速度外，还应具有起吊缆绳的恒张力控制功能，从而使起吊缆绳始终保持在张紧状态，以减小母船升沉运动和波浪起伏运动对潜航器和收放系统产生的冲击。

4.结束语

该套AUV布放回收系统各项技术性能指标均满足使用要求，现已应用在6000米级大型AUV的布放和回收。经过实船操作、使用，证明整套装置设计合理、潜航器自动抛缆安全可靠，摆脱了传统依靠小艇或潜水员人工挂钩的操作模式，提高了AUV布放回收作业的安全性和工作效率，对类似布放回收装置的设计具有重要的推广作用和参考意义。

参考文献：

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