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近浅海观测网的传输节点是一个复杂的海洋工程系统,主要由三大子系统构成:浮标系统、系泊系统和水声通讯系统。这个系统需要在海洋环境中保持稳定工作状态,这对力学设计提出了严格要求。
浮标系统采用圆柱体设计,直径为2米,高度2米,重量达到1000kg。这样的设计提供了足够的浮力来支撑整个系统。系泊系统作为关键的稳定装置,由多个部件组成:4节钢管(每节1米长、50mm直径、10kg重)、钢桶、重物球、锚链和600kg的特制锚。这些部件共同作用,确保传输节点不会被海流冲走。
水声通讯系统是整个观测网的核心部分,安装在密封的圆柱形钢桶内。这个钢桶长1米,外径30cm,总质量100kg。为保证最佳的通讯效果,钢桶需要尽可能保持竖直状态。当倾斜角度超过5度时,通讯质量就会明显下降。为了控制倾斜角度,设计人员在钢桶与锚链连接处设置了可调节的重物球。
整个系统最关键的约束条件有两个:一是锚链末端与锚连接处的切线方向与海床夹角不能超过16度,否则锚会被拖行导致系统移位;二是钢桶的倾斜角度需要控制在5度以内以保证通讯质量。这些限制条件需要通过合理的配重和力学平衡来实现。
这种观测网的设计需要在浮力、重力、海流作用力等多个力学因素间取得精确平衡,是海洋工程中典型的系泊系统设计问题。