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会倒立的美国水下声波探测船
(2015-03-19)  编辑发布:中国船舶在线  

 

初次看到题图的读者也许会认为这只是一艘正在沉没的船。但事实恰恰相反,这是一艘正在执行工作任务的特种船只––水下声波探测船,又名“浮动设备平台”(Floating Instrument Platform, FLIP)。这是美国海军服役时间最长、设计最独特的特种科研船,也是世界上绝无仅有的一艘能够“倒立”的船。

2012年6月30日,加州外海,海军浮动仪器测试平台FLIP,用自己特有的方式––在海上从水平状态切换到垂直状态,庆祝自己的50岁生日。该船造于1962年,长355英尺,注水倒立后,搭载的设备能在水下100米深处进行各种测试,归美国海军研发办公室ONR所有,海上物力试验室使用。

有趣的倒立船

FLIP水下声波探测船全长108.2米,宽7.93米,吃水3.83米,它实际上是一艘外形酷似勺子的浮船。由于避免船上精密的水声研究仪器受到干扰,船上没有安装发动机或任何其他动力装置,每次出航由拖船牵引至作业海域,拖曳航速约为7至10节。从外观上看,FLIP的一端是约90米长的“勺柄”,一端是10余米长的“勺碗”。

从海上观看一次FLIP水下声波探测船的“倒立”过程是非常有趣的。当船需要从水平漂浮状态转换为倒立海面状态的时候,船上的泵机会将约700吨的海水注入“勺柄”,而向“勺碗”内吹入空气。这样,“勺柄”便慢慢沉入水下,而“勺碗”也随之高高竖起在海面上。整个倒立过程大致耗时28分钟。当要回复到水平漂浮状态时,则向船体内部的水箱吹入大量压缩空气。这样,海平面以下的部分将会缓缓浮出水面,整艘船也就回复到了水平状态。

借助“勺柄”一端探入深水的探测设备,FLIP水下声波探测船能够很好的完成水声信号传播研究、水温监控、海水密度分布分析以及水文数据采集等工作。工作控制与监控则在“勺碗”一端完成,当倒立完成后,这里就变成了一个五层楼高的海上建筑。由于排水量超过700吨的整艘船绝大部分浸没于水下,而且有3部总重9吨的锚用于固定,作业过程中的FLIP水下声波探测船的漂浮状态其实是非常稳定的,一般海况下几乎可以不受海浪的影响。在遭遇近10米的巨浪时,FLIP的垂直吃水变化也仅仅在1米上下,而作业深度则可以覆盖从近岸浅海到超过2000米水深之间的海域。2001年9月,FLIP水下声波探测船曾在夏威夷西南250海里海域创造了水下4242米作业深度的记录。

设计与建造

设计这样一艘造型和工作方式独特的研究船的初衷是建造一个比传统船型更稳定的海上工作平台以进行水下波形研究,特别是为冷战时期美国海军SUBROC反潜火箭及导弹制导研究远距离水下声波传播特性,这些研究项目都迫切需要更精确的数据。而在当时,潜艇和水面舰艇都受海浪和洋流的影响甚大,不适宜作为精密水声研究的平台。

20世纪50年代末,科学家弗雷德.H.费舍尔(Dr. Fred H. Fisher)和弗雷德.史皮斯(Dr. Fred N. Spiess)主持完成了FLIP的整体设计,由位于美国俄勒冈州波特兰的冈德森兄弟工程公司建造完成,FLIP水下声波探测船于1962年6月22日下水,隶属美国海军研究办公室和斯克里普斯海洋地理学院的海洋地理实验室共同所有(1995年进行了现代化改装)。初期建造费用还不到60万美元。1962年9月,FLIP水下声波探测船在圣迭戈顺利完成了全部海上试验。

FLIP是世界上唯一的一艘可以同时工作在水平和竖直两种状态下的船只。为此,船上的所有舱室都设计有两扇舱门,分别安装在舱壁和天花板上,用于水平和竖直航行状态下的出入。双层床铺、厕所和厨房都设计成具备万向旋转调节的功能,因此可以因应船只的两种工作状态而调整。当然有些设施也是无法通过旋转达到水平和竖直状态同时使用的目的,比如说船上的水池和淋浴设备,就分别设有水平的和垂直的两种样式。

为了在最大程度上确保海上工作状态的稳定,船体的直径沿着水平方向在4米至6.5米间变化,这样可以将海浪和洋流对船体的影响降至最小。尽管没有航行动力装置,船上还是在船体轴线部分安装了一台小型的水压方向螺旋桨用于竖直状态下的船体定位精确调节。船上设计有1500加仑的淡水储备,另外还安装有每小时可加工处理30加仑淡水的海水淡化设备。船上还储备有3000立方米的压缩空气用于海上作业。

船上的电力供应由2台150千瓦发电机负责完成,另有一台40千瓦发电机备份。所有发电机都安装在竖直起来的船头位置,这样不会对船上水声仪器和海面以下传感器的工作造成干扰。船上还装有陀螺仪、GPS导航设备、雷达以及HF/VHF/INMARSAT卫星通信设备。

工作方式

FLIP水下声波探测船上共载有5名船员和11名科学研究人员。船上设有两个面积不大的水声实验室,用于控制船上安装的大量分析仪器和长达1000米的传感器阵列,而后者的安装都是灵活的,方便在不同航行状态下的使用。FLIP曾经完成的重大研究项目包括:海水温度和密度变化对水下声波传播方向的影响;海底洋流的温度分布;水下声波传播的振幅与方向研究;海面风速、湿度和温度变化对海水与大气间热能转换影响程度的测量;远距离水声传播特性;鲸与鱼群的活动深度等。

在每次长达30至45天的海上探测任务执行途中,在这艘独特的船上生活和工作甚至还需要些勇气。由于船上空间狭小,同时还要多次完成水平/竖直状态的转换,因此任务具有很大的艰苦性和危险性。当整艘船开始倒立时,所有船上人员都必须站在甲板上,脚下的甲板随着漂浮状态的变化逐渐变成了舱壁,因此人员的站立状态也必须在这短时间内完成转变,特别是在竖直起来的最后阶段。因此每一步移动和操作都必须非常小心谨慎。FLIP水下声波探测船的工作强度是很大的,仅在过去的2009年里,海上试验的工作时间就有54天。在任务最繁重的1995年,船员和科研人员全年有117天都在海上。

目前,FLIP水下声波探测船以美国加州圣地亚哥拉霍亚为母港,可在全球各大海域执行探测任务,目前主要活动在大西洋和太平洋海域。随着技术的进步和应用领域的拓展,FLIP水下声波探测船近年还逐步开展了海洋地理勘探、水下激光传播以及反潜技术研究等科学项目,至今已为美国海军及其他军用和民间机构完成各项任务300余次。

(来源:国际船舶网)

 
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