一种快速系留海上作业直升机的方法与流程

本发明涉及直升机船上降落技术领域，尤其涉及一种快速系留海上作业直升机的方法。

背景技术：

随着直升机技术的研究和发展，直升机在海上作业的应用日益广泛。但是船上起降平台由于受海情的影响，呈现动荡不定的特点。为保证直升机的安全，在直升机降落后，必须马上将其系留在起降平台上。

目前国内主要采用“系留索具+甲板系留座”的方法系留直升机，即直升机降落到起降平台后，工作人员必须在直升机旋翼产生的强烈气流中迅速使用系留索具将机体与甲板上的系留座连接。这种方式存在明显不足，突出体现在：

1、自动化程度低。直升机降落后，需要工作人员到升降平台上手动完成系留工作；当直升机需要起飞或转运时，同样需要工作人员手动解除系留状态，整个过程需要多人进行操作，互相配合，费时费力。

2、安全性低。为了保证直升机的安全，在直升机降落后，必须马上安装系留索具，由于直升机旋翼的旋转，在甲板上产生强烈的气流，致使在直升机周围工作的人员处于危险境地；且完成此项工作需要较长的时间，至少也要需要30秒左右，此时，直升机在甲板上处于自由状态，在海情恶劣的情况下，直升机极易发生侧滑、倾覆的危险情况，对人员、直升机都极其危险；因此在整个过程中，对人、机而言，都存在不安全因素。

技术实现要素：

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种快速系留海上作业直升机的方法，用以解决现有技术存在的自动化程度低、安全性低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种快速系留海上作业直升机的方法，该方法利用的设备包括：液压动力装置、快速系留装置、预制轨道、摄像机、探杆、激光目标源、控制设备，包括以下步骤：

s1、直升机进入指定降落区域上方；

s2、通过液压动力装置驱动快速系留装置沿预制轨道跟随直升机运动；

s3、当直升机降落并满足系留条件时，快速系留装置快速捕获直升机上的探杆，完成海上作业直升机的快速系留。

步骤s1具体为：

直升机进入船舶左舷或右舷安全区域后，开启直升机激光目标源；船舶通过摄像机对激光目标源进行拍摄，控制设备根据拍摄结果追踪直升机的位置，并显示直升机与船上降落区域的相对位置；根据直升机与船上降落区域的相对位置，调整直升机的位置，直至直升机进入并悬停在船上降落区域上方。

液压动力装置包括：液压泵站、液压伺服马达、绞车及张紧装置；

液压泵站为液压伺服马达提供液压油；液压伺服马达与绞车及紧张装置连接；绞车及紧张装置通过钢缆与快速系留装置连接；快速系留装置沿预置轨道运动；控制设备采集直升机与轨道的相对位置信息，并控制液压泵站的输出油压大小及液压伺服马达的转速；

液压伺服马达、绞车及张紧装置形成至少1组，每组中包括1个液压伺服马达和1个绞车及张紧装置。

当液压马达正常工作时，传动箱将气动马达与绞车断开；当液压马达无法工作、需要使用气动马达时，操作马达离合器使得气动马达与绞车相连，此时液压马达的输入轴仍与绞车相连，绞车运转时液压马达的输出轴也被带动；使用备用动力驱动功能时，需将液压马达a、b口连通，并用手动泵将绞车制动器打开。

绞车通过绞车机架固定在安装平面上，绞车机架是绞车内部的主要支撑结构，同时与绞车的主要部件起到连接和固定的作用；绞车设有旋转编码器，旋转编码器用来记录钢缆卷筒的转数，用以计算牵引的距离。

张紧装置的应用过程为：

连接快速系留装置和液压动力系统；

钢缆依次穿过钢缆卷筒、张紧装置的定滑轮和动滑轮沿轨道与预制轨道中的滑块装置连接；电缆一次穿过电缆卷筒、张紧装置的定滑轮和动滑轮沿轨道与快速系留装置连接。

调整液压动力系统，驱动并控制快速系留装置运动；

系统控制单元通过对快速系留装置的实际速度和位置，与目标速度和位置的比较结果，调整液压泵站泵入液压马达的液压回路的压力大小、调整液压马达的转速，从而调整快速系留装置的实际速度和位置；

当钢缆或电缆的张力异常时，系统控制单元控制张紧装置中对应的动滑轮向上或向下运动，调整张力的大小，直至张力的大小在正常的范围内。

通过液压动力系统，使快速系留装置移动至指定位置。

控制设备包括数据处理单元；控制设备通过摄像机拍摄设直升机来获得直升的与轨道的相对位置；摄像机拍摄激光目标源，并通过数据处理单元获得直升机的位置，再把直升机的位置发送给控制设备。

快速系留装置的一侧设有机械爪，且机械爪能够沿快速系留装置的左右运动；机械爪的一侧设有c字形开口，用来捕获直升机的探杆；

快速系留装置设有机械爪的一侧设有缓冲板；缓冲板内设有减震装置；

缓冲板的外缘设有光电传感器；

快速系留装置安装在预制轨道内的滑块上，滑块嵌装在预制轨道中，仅能够沿预制轨道运动。

快速系留装置还包括传动装置，传动装置包括：定滑轮、动滑轮、链条、磁致伸缩式位移传感器；链条和定滑轮均有2个；2个定滑轮分别安装在快速系留装置的壳体两端；2个链条的一端分别连接在机械爪的左右两端，且分别穿过对应一侧的定滑轮；其中一个链条的另一端与液压缸的固定端连接，另一个链条的另一端通过弹簧与快速系留装置侧壁固定，弹簧设有螺钉，用来调节链条的张力；动滑轮与液压缸的伸缩端连接，通过液压缸的伸缩，带动动滑轮，拉动链条，控制机械爪运动；动滑轮与机磁致伸缩式位移传感器的磁环连接，测量机械爪的运动位移和位置。

步骤s2具体为：

在直升机悬停在船上降落区域上方后，绞车装置驱动快速系留装置进入船上降落区域；根据摄像机拍摄到的直升机位置，绞车装置调整快速系留装置的位置和速度，使快速系留装置跟踪直升机的探杆运动，并保持安全距离。

步骤s3采用全自动捕获或半自动捕获。

全自动捕获具体为：

直升机悬停在船上降落区域上方后，在船上降落区域缓慢下降，控制设备根据摄像机拍摄到的直升机图像不断指引直升机调整位置，并实时自动判断直升机状态，当判定直升机已降落且探杆在捕获范围内时，液压动力装置立即驱动快速系留装置快速向探杆运动，然后机械爪捕获直升机探杆，完成全自动捕获。

半自动捕获具体为：

直升机悬停在船上降落区域上方后，在船上降落区域缓慢下降，控制设备根据摄像机拍摄到的直升机图像不断指引直升机调整位置，当操作人员观察到直升机已降落后，手动触发捕获指令，液压动力装置立即驱动快速系留装置快速向探杆运动，然后机械爪捕获直升机探杆，完成捕获。

步骤s3中，当发生海上作业直升机不能船上降落的情况，直升机直接复飞，并从步骤s1开始，重新进行快速系留海上作业直升机的过程。

步骤s3中，当快速系留装置快速接近直升机探杆，挡住光电传感器光通路时，快速系留装置减速并继续前行直到将缓冲板压缩到位，机械爪快速冲向探杆并捕获探杆。

步骤s3具体为：快速系留装置检测到缓冲板压缩到位后，控制细液压缸带动动滑轮运动，动滑轮带动链条通过定滑轮带动机械爪横向运动，c形机械爪主体捕获直升机探杆，并绕销轴旋转，与基座一起将直升机探杆捕获；然后机械爪锁紧连杆自动伸出，形成机械限位结构，机械爪主体不能旋转，保证直升机探杆不脱离机械爪；快速系留装置内的液压缸锁紧，保证机械爪在快速系留装置上无法左右移动；液压动力装置内部液压锁锁紧，保证快速系留装置在预制轨道上无法移动，实现对直升机的安全系留。

本发明的有益效果如下：

1、本发明使用的快速系留装置，通过粗缸和细缸的设计，能够满足机械爪的不同状态的不同运动速度；使得系留过程安全、快速、稳定；

2、本发明既能适用于现阶段服役的新型号直升机，也适用于现阶段服役的老型号直升机，同时适于4级以上甚至6级的较为恶劣的海况，使得本方法更加安全科学可靠；

3、本发明的各个过程均采用自动控制，无需额外操作人员参与系留过程，避免了运行中的直升机对相关人员的潜在威胁，更加安全可靠，大大减轻了直升机船上降落的系留难度，节省人力物力；

4、本发明通过液压动力系统和控制设备的实时、快速控制，可以在2s内完成直升机的系留和固定工作，大幅避免了在系留过程中，直升机靠近船舶，因海况或其它突发情况，直升机与船舶发生碰撞等危险的可能性，保证了本发明的安全性和稳定性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书、附图中所特指的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于体现具体实施例的目的，并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，相同的序号代表相同的部件。

图1为一种快速系留海上作业直升机的方法使用的设备示意图；

图2为一种快速系留海上作业直升机的方法使用的快速系留装置示意图；

图3为一种快速系留海上作业直升机的方法使用中快速系留装置的机械爪结构示意图；

图中：1-液压动力装置、2-快速系留装置、3-探杆、4-摄像机、5-激光目标源、6-缓冲板、7-减震装置、8-光电传感器、9-机械爪、10-预制轨道、11-锁紧连杆、12-机械爪主体、13-基座。

具体实施方式

下面结合附图具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐述本发明的原理。

一种快速系留海上作业直升机的方法，使用了快速系留装置2，快速系留装置2的一侧设有机械爪9，且机械爪9能够沿快速系留装置2的一侧运动；机械爪9的一侧设有c字形开口，用来捕获直升机的探杆3；

快速系留装置2设有机械爪9的一侧设有缓冲板6；缓冲板6内设有减震装置7；

缓冲板6的外缘设有光电传感器8；

快速系留装置2安装在预制轨道10内的滑块上，滑块嵌装在预制轨道10中，仅能够沿预制轨道10运动。

快速系留装置2得下方设有支撑轮，支撑轮能够沿预制轨道10轴线两侧的支撑轮轨道运动，从而带动快速系留装置2运行。液压动力装置包括：液压泵站、液压伺服马达、绞车及张紧装置；

液压泵站为液压伺服马达提供液压油；液压伺服马达与绞车及紧张装置连接；绞车及紧张装置通过钢缆与滑块装置连接，带动快速系留装置2沿预置轨道运动；控制设备采集直升机相对理想着舰点的位置信息和快速系留装置2的位置信息，并控制液压泵站的输出油压大小及液压伺服马达的转速；

液压伺服马达、绞车及张紧装置形成至少1组，每组中包括1个液压伺服马达和1个绞车及张紧装置；

控制设备通过摄像机4拍摄设直升机来获得直升的与轨道的相对位置；直升机上设有激光目标源5，摄像机4拍摄激光目标源5，并通过数据处理单元获得直升机的位置，再把直升机的位置发送给控制设备。

绞车包括：液压马达、气动马达、行星减速机、钢缆卷筒、电缆卷筒；钢缆卷筒、电缆卷筒同速同向转动；液压马达为主驱动马达，且输出轴通过行星减速机驱动钢缆卷筒、电缆卷筒转动；气动马达为备用驱动马达，且输出轴与液压马达的输出轴通过蜗轮蜗杆的形式连接。气动马达的输出轴与液压马达的输出轴垂直，并以蜗轮蜗杆的形式形成传动箱；气动马达的输出轴为传动箱中的蜗轮；液压马达的输出轴为传动箱的蜗杆；传动箱上设有马达离合器，用来使蜗轮和蜗杆啮合或分离。

当液压马达正常工作时，传动箱将气动马达与绞车断开。当液压马达无法工作、需要使用气动马达时，操作马达离合器使得气动马达与绞车相连，此时液压马达的输入轴仍与绞车相连，绞车运转时液压马达的输出轴也被带动。使用备用动力驱动功能时，需将液压马达a、b口连通，并用手动泵将绞车制动器打开。

钢缆卷筒和电缆卷筒各自均安装有齿轮，并通过链条连接，使得钢缆卷筒、电缆卷筒同速同向转动；电缆卷筒上设有手动离合器，用来在设备检修时将电缆卷筒与其齿轮分离，进行维修和新旧换装；电缆卷筒上设有扭矩限制器，用来调整钢缆卷筒、电缆卷筒旋转时的扭矩，扭矩限制器设定一个扭矩阈值，当主动轴或被动轴上传递的扭矩超过扭矩阈值时，扭矩限制器使两轴“打滑”，减小扭矩。

钢缆缠绕在钢缆卷筒上，并设有预紧张力；钢缆的两端均不与钢缆卷筒固定；在预紧张力的作用下，钢缆随钢缆卷筒无相对滑动的转动，一端收缆、另一端放缆。

电缆缠绕在电缆卷筒上，无相对滑动的正反转动，实现放缆、收缆；电缆的一端通过电滑环与控制设备连接，另一端通过预制轨道内腔与快速系留装置2相连。

电滑环可实现电气线路中一端旋转另一端固定位置输出的作用。其中既传输动力能源线又可以传输控制信号线，动力能源线与控制信号线分组连接。

绞车通过绞车机架固定在安装平面上，绞车机架是绞车内部的主要支撑结构，同时与绞车的主要部件起到连接和固定的作用；绞车设有旋转编码器，旋转编码器用来记录钢缆卷筒的转数，用以计算牵引的距离。

张紧装置包括：滑轮组、油缸、机架、弹簧；

滑轮组安装在机架上，且包括：定滑轮和动滑轮；钢缆和电缆穿过滑轮组；

油缸和弹簧一同驱动动滑轮靠近或远离定滑轮，调整钢缆和电缆的张力。定滑轮固定在在机架的下部，的动滑轮安装在机架的上部，且动滑轮能够沿竖直方向上下运动；动滑轮与油缸的活塞连接，油缸通过活塞控制动滑轮上下移动；弹簧的一端与动滑轮连接，另一端与机架连接；弹簧与油缸共线，其且与油缸分别安装在动滑轮的两侧；当动滑轮向上运动时，滑轮组对应调整的钢缆或电缆的张力增加；当动滑轮向下运动时，滑轮组对应调整的钢缆或电缆的张力减小。张紧装置设有蓄能器，蓄能器与油缸连接；

油缸正常运转时，由油缸为动滑轮运动提供动力，并为蓄能器充能；油缸不能正常运转时，由蓄能器为动滑轮运动提供动力。

滑轮组包括：钢缆组和电缆组；钢缆组共有两组，每组包括一个定滑轮和一个动滑轮，每组钢缆组各调整一根钢缆的张力；

电缆组有一组，包括一个定滑轮和一个动滑轮，且调整一根电缆的张力。

油缸有两个，其中一个油缸为钢缆组提供动力，另一个油缸为电缆组提供动力；蓄能器有两个，分别与两个油缸连接。油缸通过阀组与液压油箱连接，阀组用来调整油缸的液压压力大小和输出功率。

穿过张紧装置的钢缆一端与预制轨道中的滑块装置前端连接，另一端与滑块装置后端连接；电缆一端与牵引绞车连接，另一端与系留装置连接。

张紧装置的应用过程为：

s1、连接快速系留装置2和液压动力系统；

钢缆依次穿过钢缆卷筒、张紧装置的定滑轮和动滑轮沿轨道与预制轨道中的滑块装置连接；电缆一次穿过电缆卷筒、张紧装置的定滑轮和动滑轮沿轨道与快速系留装置2连接。

s2、调整液压动力系统，驱动并控制快速系留装置2运动；

系统控制单元通过对快速系留装置2的实际速度和位置，与目标速度和位置的比较结果，调整液压泵站泵入液压马达的液压回路的压力大小、调整液压马达的转速，从而调整快速系留装置2的实际速度和位置；

当钢缆或电缆的张力异常时，系统控制单元控制张紧装置中对应的动滑轮向上或向下运动，调整张力的大小，直至张力的大小在正常的范围内。

s3、通过液压动力系统，使快速系留装置2移动至指定位置。

快速系留装置2包括：液压系统、电气控制系统、机械爪9、传动装置；

机械爪9用来捕获直升机探杆3；电气控制系统通过液压系统控制机械爪9的运动；液压系统通过传动系统，将液压变化转换为机械爪9的运动。

机械爪9包括：机械爪主体、基座、锁紧连杆；

机械爪主体为c形，且与基座通过销轴连接；当直升机探杆3进入机械爪主体c形内，机械爪主体绕销轴旋转，与基座一起将直升机探杆3捕获并固定；

锁紧连杆设置在基座上；当机械爪主体捕获直升机探杆3后，锁紧连杆伸出则机械爪9关闭、机械爪主体不能绕销轴旋转，锁紧连杆收回则机械爪9开启、机械爪主体能够绕销轴旋转。

液压系统包括：液压缸、液压锁、蓄能器、中位锁紧缸、紧急锁紧缸、机械爪9启闭缸；液压缸为控制机械爪9运动提供动力；液压锁用来锁紧机械爪9在轨道上的位置；机械爪9启闭缸用来控制锁紧连杆；紧急锁紧缸用来控制紧急锁止销，将机械爪9卡死在其当前位置、不能沿轨道运动；中位锁紧缸用来控制中位锁止销，将机械爪9卡死在中间位置、不能沿轨道运动；蓄能器贮存有压力油，当快速系留及校直装置失电时，蓄能器用来为快速系留及校直装置提供液压动力。

机械爪9沿快速系留装置上安装的轨道运动，既能快速运动，捕获直升机探杆3，又能慢速运动，调整直升机探杆3的位置。

液压缸包括粗缸和细缸；

机械爪9快速运动，捕获直升机探杆3时，细缸为机械爪9运动提供动力；机械爪9慢速运动，调整直升机探杆3位置时，粗缸为机械爪9运动提供动力。

传动装置包括：定滑轮、动滑轮、链条、磁致伸缩式位移传感器；链条和定滑轮均有2个；2个定滑轮分别安装在快速系留装置2的壳体两端；2个链条的一端分别连接在机械爪9的左右两端，且分别穿过对应一侧的定滑轮；其中一个链条的另一端与液压缸的固定端连接，另一个链条的另一端通过弹簧与快速系留装置侧壁固定，且弹簧设有螺钉，用来调节链条的张力；动滑轮与液压缸的伸缩端连接，通过液压缸的伸缩，带动动滑轮，拉动链条，控制机械爪9运动；动滑轮与机磁致伸缩式位移传感器的磁环连接，测量机械爪9的运动位移和位置。

该方法的步骤为：

s1、直升机进入指定降落区域上方；直升机进入船舶左舷或右舷安全区域后，开启直升机激光目标源5；船舶通过摄像机4对激光目标源5进行拍摄，控制设备根据拍摄结果追踪直升机的位置，并显示直升机与船上降落区域的相对位置；根据直升机与船上降落区域的相对位置，调整直升机的位置，直至直升机进入并悬停在船上降落区域上方。

s2、通过液压动力装置1驱动快速系留装置2沿预制轨道跟随直升机运动；在直升机悬停在船上降落区域上方后，绞车装置1驱动快速系留装置2进入船上降落区域；根据摄像机4拍摄到的直升机位置，绞车装置1调整快速系留装置2的位置和速度，使快速系留装置2跟踪直升机的探杆3运动，并保持安全距离。

s3、当直升机降落并满足系留条件时，快速系留装置2快速捕获直升机上的探杆3，完成海上作业直升机的快速系留。

采用全自动捕获或半自动捕获。

全自动捕获具体为：

直升机悬停在船上降落区域上方后，在船上降落区域缓慢下降，控制设备根据摄像机4拍摄到的直升机图像不断指引直升机调整位置，并实时自动判断直升机状态，当判定直升机已降落且探杆3在捕获范围内时，液压动力装置1立即驱动快速系留装置2快速向探杆3运动，然后机械爪9捕获直升机探杆3，完成全自动捕获。

半自动捕获具体为：

直升机悬停在船上降落区域上方后，在船上降落区域缓慢下降，控制设备根据摄像机4拍摄到的直升机图像不断指引直升机调整位置，当操作人员观察到直升机已降落后，手动触发捕获指令，液压动力装置1立即驱动快速系留装置2快速向探杆3运动，然后机械爪9捕获直升机探杆3，完成捕获。

当快速系留装置2快速接近直升机探杆3，挡住光电传感器8光通路时，快速系留装置2减速并继续前行直到将缓冲板6压缩到位，机械爪9快速冲向探杆3并捕获探杆3。

快速系留装置2检测到缓冲板6压缩到位后，控制细液压缸带动动滑轮运动，动滑轮带动链条通过定滑轮带动机械爪9快速横向运动，c形机械爪主体12捕获直升机探杆3，并绕销轴旋转，与基座13一起将直升机探杆3捕获；然后机械爪锁紧连杆11自动伸出，形成机械限位结构，机械爪主体不能旋转，保证直升机探杆3不脱离机械爪9；快速系留装置2内的液压缸锁紧，保证机械爪9在快速系留装置上无法左右移动；液压动力装置1内部液压锁锁紧，保证快速系留装置2在预制轨道上无法移动，实现对直升机的安全系留。

当发生海上作业直升机不能船上降落的情况，直升机直接复飞，并从步骤s1开始，重新进行快速系留海上作业直升机的过程。

综上所述，本发明的实施例提供了一种快速系留海上作业直升机的方法，本发明既能适用于现阶段服役的新型号直升机，也适用于现阶段服役的老型号直升机；海上作业直升机系留过程均采用自动控制，大大减轻了直升机船上降落的操作难度；本发明较现有的手动系留过程，提高了直升机船上降落的安全性，更加可靠合理，节省了人力物力。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。