atlantis号海洋科学考察船的结构及设备布置

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1、 Atlantis 号海洋科学考察船的结构及设备布置号海洋科学考察船的结构及设备布置 目前，美国在海洋研究方面的综合实力是最强的，拥有世界上装备最先进、船只数量最 多的海洋科学考察船队。 以伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)为例， 该所已拥有 4 艘海洋科学考察船，能够在全球范围内执行海洋科学综合考察任务，其中 2 艘考察船(Atlantis 和 Knorr)可搭载人深潜器。 本文对 Atlantis 号考察船的船体结构和设备布置情况进行了总结概述，希望能够从中学 习到美国在科学考察船设计、建造理念方面的经验。 一一、Atlantis

2、 号简介号简介 Atlantis 号是一艘常规考察船， 建造于 1997 年， 是世界上现役考察船中航行经历最为丰 富的考察船之一。 图 1 美国伍兹霍尔海洋研究所 Atlantis 号海洋科学考察船 表 1 Atlantis 号考察船部分规格参数 长 (m) 83.5 吃水深度 (m) 5.8 排水量 (t) 3510 巡航距离 (n mile) 17280 航速 (kn) 11 实验室面积（m*m） 326.7 推进器 柴油发电电力驱动 转向动力 喷射式 在 Atlantis 号上，建有六个科学实验室和储存室，装配了精确的导航系统、海底声纳测 绘仪和卫星通信设备，并专门配备了阿尔文号载人潜

3、水器。船上的三套绞车、三台起重机、 工作车间及专门的安置舱都是为 Alvin 号和其他科学考察设备而专门设计的。 Atlantis 号可以搭载由 36 名船员、技术人员、深潜小组成员和 24 名男、女科学家组成 的调查团队，进行连续作业最长可达 60 天。最近几年，Atlantis 号在大多数时间里，都搭载 着阿尔文号在太平洋中对海底火山和热液源进行探测，取得了很多宝贵的信息和资料。 图 2 Atlantis 号的轮廓图 图 3 Atlantis 号主甲板平面图 计算机实验室 主实验室 水 力 实验室 ROV 舱 储藏室 机械车间 电子 车间 生物分析 实验室 水文实验室 图 4 Atlant

4、is 号 01 层甲板平面图 二二、船体结构及大型设备的分布船体结构及大型设备的分布 1、船体结构船体结构 图 2 为 Atlantis 考察船的轮廓图。由图所示，Atlantis 八层，其中主甲板上方五层，主 甲板下两层。 图 3 为 Atlantis 考察船主甲板平面图。考察船的实验室、储藏室、机械车间、电子车间、 ROV 舱以及航行办公室等隔间，均分布在主甲板上；在主甲板的船尾右部，安装了一台固 定起重机。 图 4 为 Atlantis 考察船主甲板平面图。在 01 层甲板的左舷中部，安装着一台固定起重 机；考察船上另外一台可移动的多功能起重机，通常也部署在该层甲板的船艏部位。在甲板 的

5、最后边，是专门用来对 Alvin 号进入布放、回收作业的重型构架（heavy-duty a-frame） 。 考察船的 02 层甲板上， 安装了两台绞车， 位于船右舷中部； 甲板的最前方， 竖立着 19.5 米高的 MET Tower， 上面安装了 MET Sensors； 甲板的中后方， 是重型构架和绞车控制中心， 中心的上面安装着考察船的雷达系统。 考察船的 GPS 安装在船的最顶处的支撑架上。在船的底部，安装了航海光束发射器 （Seabeam Projection） ，并开设了海水进水口（Seawater Intake） 。 2、大型设备的分布大型设备的分布 （1）绞车和缆绳绞车和缆绳（

6、Winches & Wires） Atlantis 上安装了三台固定的海事绞车，用来部署科学装备和仪器。三台绞车上使用的 是 UNOLS （大学-国立海洋实验室系统） 标准 1/4 英寸和 0.322 英寸的机电水文线， 以及 9/16 英寸的拖网线和 0.68 英寸的光缆。 水文绞车水文绞车（Hydrographic Winches）安装在考察船第 2 层右舷中部，2 台绞车共用一个船 外输送端（overboarding point）和右舷的水文横梁（hydro boom） 。 图 5 Atlantis 上安装的水文绞车 水文绞车的详细资料如表 2 所示。 表 2 水文绞车详细资料 型 号:

7、 Markey DESH-5 动 力: Electric, AC-SCR/DC, 75 HP 额定线拉力: 7,000 lbs. mid-scope 平均工作速度: 80 m/min 缆绳长度: 10,000 m of .322“ E-M cable 9,150 m of 1/4“ wire rope 这些绞车的卷筒是可以互换的， 所以可以很方便的通过整体切换来改变缆绳类型。 使用 考察船的起重机完成一次卷筒切换操作大概需要 90 分钟，但是这个操作必须在考察船停泊 在港口时就要完成。缆绳从绞车通过固定的导缆轮（sheaves）到达安装在可伸长的水文横 梁（hydro boom）上的输送机构（

8、overboarding block） 。所用的导缆轮的直径为最小 12 英寸， 并在其中的一个导缆轮上安装有缆绳监测系统的传感器。 缆绳在控制中心到潜水舱之间运动，操作员从甲板上的工作区域可以清晰的看到缆绳、 导缆轮的运行情况，并可以通过对讲机与舰桥（Bridge）和实验室的人员进行沟通。同时， 缆绳的相关参数（输送长度、输送速度和张力等）也实时显示在控制中心、实验室和舰桥中 的显示器上。 牵引牵引/储缆又用绞车系统储缆又用绞车系统（Dual Traction/Stowage Winch System）安装在主甲板下的绞车 室（Winch Room）中，位于考察船的扇形尾部，其详细资料如表

9、3 所示。 表 3 牵引/储缆双用绞车详细资料 型号: Markey DUTW-9-11 缆绳长度: 10,000 m of .680“ fiber optic cable 15,000 m of 9/16“ 3x19 torque-balanced wire rope 这是一个双卷筒绞车，缆绳从绞车引出，通过一系列安装在下甲板的导缆轮（sheaves） 到达船上的牵引吊车 （trawl crane） ； 或者通过另外的一条导缆轮链到达考察船左舷的水文横 梁（hydro boom） 。缆绳监测系统的传感器安装一个固定的导缆轮上。 绞车控制中心位于潜水舱上方，操作员可以清晰的看到整个主甲板区域和

10、仪器在船尾 及右舷的停放点，并可以通过对讲机与舰桥（Bridge）和实验室的人员进行沟通。同时，缆 绳的相关参数（输送长度、输送速度和张力等）也实时显示在控制中心、实验室和舰桥中的 显示器上。 在下甲板绞车旁边还有一个辅助的控制台。 根据需要可以在主实验室或者一个小 型车间进行远程控制。 此外，还安装了闭路影像系统来实时监测下甲板的绞车、导缆轮以 及主甲板的活动。 水文横梁水文横梁（hydro boom）是水文绞车和牵引绞车共同的输送支撑结构。 右舷横梁的输送端（ overboarding point ）位于考察船中部，是考察般航行时运动最小 的区域。横梁安装在第 2 层甲板上，采用的是 Mc

11、Elroy 公司的液压驱动可伸展横梁，额定 载荷 15，000 磅。两个 head blocks 悬挂在横梁的尽头。当横梁完全收回时，缆绳就垂直于 主甲板，一个舷板门（bulwark gate）可以打开让仪器通过。 左舷横梁的输送端（overboarding point）离 ROV 舱很近，安装在第 2 层甲板上，采用 的是 McElroy 公司的产品，额定载荷 25,000 磅。它是专门用来布放和回收 ROV 和支持牵 引/储缆双用绞车系统的。 这些水文横梁不能升高或者旋转，由控制中心进行控制。 （2）起重机起重机（Cranes） Atlantis 配备了两台永久安装的液压海事起重机（mar

12、ine cranes）和一台可移动的折叠 多功能起重机（utility crane） 。 两台北美 MCS 1565-NO 起重机基本上是相同的， 唯一的不同是主甲板上的起重机有一 条导缆轮链（sheave train）来输送牵引绞车缆绳。安装这些起重机，便于为从驾驶舰桥到船 艉的整个科研工作区域提供服务。 起重机可以将仪器、 设备在船上与码头之间进行装载或者 卸载。两台起重机均内置了电控器、液压动力组件和安装在起重机上的操作员站。 图 6 主甲板起重机 主甲板起重机主甲板起重机（Main Deck Crane）位于考察船右舷尾部 1/4 处，可以将重物吊装到考察 船的扇状尾，在尾部或船边的上

13、方。起重机配备了一条导缆轮链（sheave train ） ，用来将牵 引缆绳从下甲板的绞车输送到安装在 main shipper boom 上的一个 overboarding block。起重 机外设置了 a boom crutch 来增强其安全性、强度和缓解作用于液压系统上的压力。 起重机安装在一个管形的基座（tubular pedestal）上，可以保证在移动所有部件时，使 部件与甲板之间保持 8 英尺的垂直距离。 起重机配备了一个固定长度的起重臂和两个可伸展 的起重臂，可以在 6 到 70 英尺的范围内进行 360 度操作。起重机的额定负载取决于起吊半 径，起吊能力（lift capa

14、city）为 42，000 磅。 01 层甲板起重机层甲板起重机（01 Deck Crane）与主甲板上的起重机拥有同样的荷载能力和极限工 作条件，位于第 1 层甲板的左舷中部。这样的设置使其能够覆盖整个考察船中间部分，从舱 口（hatch）到内部储藏区域并且能够覆盖到码头。它的主要作用是为考察船装载和卸载， 并在甲板上移动工件的工具（gear） 。起重机安装在一个基座上，可以保证在移动所有部件 时，使部件与甲板之间保持 7.5 英尺的垂直距离。 可移动多功能起重机可移动多功能起重机（Portable Utility Crane）如图左图所示。 Atlantis 携带了一台小型的多功能 HIA

15、B 起重机，可以根据不同的科学项目 需要在甲板上进行部署。这台起重机是铰 接式的，自带液压组件，其主要目的是在 甲板上协助搬运庞大、笨重的科学工具。 起重机被安装在一个钢制的底盘上，可心 很方便的与甲板上的连接件固定。由于其 结构是铰接式的，由于摆引起的负载运动 可以被达到最小，并且起重机能够达到比 其基座位置低的部位，其实际工作范围能 够实现 4 英尺到 26 英尺、360 度运动。起 重机的额定负载取决于起吊半径，全部展 开之后的起吊能力（lift capacity）为 2,205 磅. 图7 可移动多功能起重机 三台起重机的详细荷载能力见附录1。 （3）舰载小艇舰载小艇（Boats） A

16、tlantis 上搭载了两艘 Avon 5.4 米硬底充气艇 （inflatable boats ） ， 其尾部安装驱动马达。 充气艇由考察船起重机放到海中，由一名船员驾驶。 图8 Atlantis 上搭载的充气艇 （4）导航设备导航设备（Navigation Equipment） Atlantis 配备了一整套导航设备，主要由舰桥内的负责人使用。船上的所有科学小组都 可心通过航海日志了解导航信息，也可以在航行中提出请求进行查询。表4是导航设备情况 概览。 表4 导航设备概览 远程无线电 导航系统 Tigershark 回声测深仪 Raytheon RD-500 卫星导航 (2) Northstar 941 XD differential GPS Furuno 1850 GPS C-Nav dynamic GPS Furuno GP-90D WAAS/dGPS 雷达 Furuno 2825 X-Band with ARPA Furuno 2835X S-Band with ARPA 测速仪 Furuno DS-50T 定向仪 Taiyo