桿形燈浮標有別於圓柱和圓盤型浮標的助航標誌，標體高度遠大於其浮體直徑，具有初穩心距大、迴旋半徑小、占用航道面積小等優點，是一種符合《中國海區水上助航標誌》（GB4696-96）標準的水上浮動助航標誌。
基本介紹
- 中文名：燈浮標
- 外文名：lighted buoy
- 解釋：裝有航標燈的浮標
- 詞性：名詞
- 學科：測繪工程
- 作用：助航
定義,高焦面桿形,設計說明,總結,
定義
桿形燈浮標有別於圓柱和圓盤型浮標的助航標誌，標體高度遠大於其浮體直徑，具有初穩心距大、迴旋半徑小、占用航道面積小等優點，是一種符合《中國海區水上助航標誌》（GB4696-96）標準的水上浮動助航標誌。
2012年，天津航標處將桿形燈浮標作為助航信號搭載平台，將提升浮標焦面高度、增強水上維護便利性及穩定性列為標體結構的設計重點，研製出一種性能穩定、維護便捷、具備一定導冰性且目視效果顯著的新型導助航裝置，為助航設備的改革創新積累了成功經驗。
高焦面桿形
天津航標處與設計單位合作，通過大量理論計算和樣品實驗，經最佳化設計，開發研製出一種焦面高度不小於5.5米的桿形燈浮標。該標誌直徑為1.02米，總長度14.6米，總重量不超過5噸，適用設標點水深20米，潮差4米，系泊Φ38毫米焊接航標錨鏈，空載吃水深度6.406米，採用尾端系泊。由於標桿的水線截面小，與自然載荷耦合低，浮標漂浮穩定性高，對系泊懸鏈要求不高；在渤海冰況較輕的自存工況下，系泊錨鏈的直徑選用最小直徑28毫米二級錨鏈鋼，試用期間考慮到借用傳統鋼製浮標的系泊，按直徑38錨鏈核算載荷。其各項技術性能參數如下：
序號項目單位參數
1 直徑1.02米
2 總高米14.6
3 穩心距0.486米
4 空載吃水深度6.406米
5 淨焦面高6.73米
6 帶載荷焦面高5.84米
7 帶載荷吃水深度7.295米
8 適用水深20米
9 總重量4.967噸
10 一體化標頭高度2.109米
11 一體化標頭重量98千克
12 輔助平台高度6.185米
13 吊點高度7.442米
設計說明
理想的桿形燈浮標應是一根等直徑均質桿，其漂浮穩定性和駐位性都十分完美，可在海洋環境監測領域得到廣泛套用。目前，沿海在役航標船都是針對柱形浮標而設計建造的，欲使桿形燈浮標適應在役航標船的作業要求，就要使其外形尺寸、性能參數逐步向柱形浮標靠攏，通過外形、浮力設計和壓載調整，使其既可保持桿形燈浮標原有的浮動特徵，又能滿足航標船水上浮標布設、維護和保養的作業要求。
標體總長度和焦面高度
標體的總長度與焦面高度之間有著密切的關係。一般情況下，焦面高度愈高，則總長度愈長。標體可分為水線上、下兩部分，其中水下部分長度是水上部分長度的1倍到2倍。不僅如此，標體總長度還受到航標船作業能力的限制，這種限制體現在航標船吊機的起吊高度及浮標在航標船前甲板如何放置上。因此，對於桿形燈浮標而言，如何控制總長度以適應航標船拋設、回收和起吊作業最為關鍵和重要。
高焦面桿形燈浮標由一體化標頭、桿形標體、浮體及壓載等部分組成，標體的總長度控制在了一個比較合理的長度（14.6米），其水下部分長度與水上部分長度之比約為1:1。這樣的總長度控制可以使航標船的作業能力發揮到極致。北方海區擁有多年活節式燈樁的施工、維護經驗，對桿形標體的作業操控能力強，理論上長度在20米以內的桿標，作業難度不會很大。
一般情況下焦面高度指理論焦面高度，即不帶錨鏈的焦面高度，也稱淨焦面高。在規定的水深條件下，浮標帶錨鏈後的實際焦面高度等於理論焦面高度扣除帶錨鏈後標體的下沉量。因此，帶鏈焦面高度較理論焦面高度略低。設計焦面高度不小於5.5米的桿形燈浮標，先經理論計算推算出桿形浮標的基本載荷狀況，再通過最佳化性能參數設計等一系列手段，最後將淨焦面高度控制在6.73米，帶鏈（鏈徑38毫米）後的焦面高仍可達5.84米。
起吊點高度和輔助平台高度
一般情況下，標體的起吊點設定在水線以上約2米高位置。在總長度和總重量許可的情況下，起吊點位置可以適當升高。起吊點位置的升高給航標工的海上作業帶來了方便，最為理想的高度是比甲板作業人員直立時手的自然高度稍低，這時掛吊鉤最省力。依照航標船型號的不同，這個高度約在水線以上2米到3米之間。
但是，起吊點升高會使吊點以下部分長度加大，也增加了作業航標船的起吊難度。因此，標體起吊點的設定，不僅要考慮上部是否會與吊機吊臂擦碰，還要考慮到吊機是否能夠順利將浮標從水中直接起吊出水，並安全放置到前甲板指定位置。所以，標體的起吊點一般應設定在水線以上的適當位置。綜合各種因素，並參考航標船回收浮標的操作規程，在高焦面桿形燈浮標的上部設定了一對吊點，該吊點距水線約0.7米左右，可以單獨使用。
單獨使用時最大的吊點高度約為7.442米，且會發生傾斜，為避免標頭與吊臂碰擦，可將該處吊點與浮體尾端側面的吊點配合使用，利用輔助工作纜繩控制桿標的空中姿態，讓一體化標頭與吊臂錯開一定角度；或在回收作業前，先行拆除一體化標頭，這樣就可以完全避免碰撞情況的發生。
一體化標頭位置（即輔助平台位置）稍高於航標船船頭平台。航標員需登標作業時，可用輔助繩將標體與航標船固定後，從船頭部直接上到輔助平台，對航標燈器及能源系統進行檢測、更換作業，如需更換頂標或能源系統（太陽能電池板或蓄電池），則需要藉助航標船吊機幫助。一體化標頭的緊固點位於輔助平台處，旋鬆防盜螺母后即可將一體化標頭整體吊到航標船上。
截面直徑
一體化標頭按直徑1000毫米進行規格化、通用化、標準化設計。頂標參照一體化標頭規格選用，以保證良好的日間視覺效果。一體化標頭可作為標準部件與各種規格浮標配套。桿體（燈架）按一體化標頭規格開展設計，結構為角鋼焊接結構，其橫截面為邊長約750毫米正三角形，這種結構具有重量輕、穩定性高的特點。由於是實體顯形，其日間視覺效果較傳統HF2.4-D鋼製深水浮標角鐵燈架要好，視距約在5海里左右。
浮體設計的關鍵是保證燈浮的基本浮力儲備，因此必須設計有足夠的長度，在保證基本浮力儲備的基礎上保持較高的乾舷，進而得到要求的焦面高。出於結構簡單、制裝便捷和安全、可靠的考慮，將浮體設計成1 020×7 020毫米的圓柱體，浮體內部通過隔艙板分隔成6個各自獨立的密封艙室，這樣的結構設計既可提高浮體的整體強度，又能保證桿標的基本浮力儲備，還可提高浮體使用的可靠性。
壓載艙採取與浮體同規格（Φ1 020毫米）的分體設計方法。這種設計方法的優點是可以先對浮體進行系列化、規格化、標準化開發設計，然後通過壓載艙及壓載（或合二為一）的設計，以調整桿標的初穩心距。如果標體總長度受到限制，則可以通過調整浮體的截面直徑、改變填充壓載及浮力材料密度等方法來保持燈浮的穩心距。
重量和材料選用
與傳統的活節式燈樁相比高焦面桿形燈浮標的總重量要輕一些。參照傳統HF2.4-D鋼製深水浮標，以6噸作為標體設計的基準點，適應大、中型航標船的施工作業。標體結構選用厚度8毫米的優質碳素鋼板，採用《氣焊、焊條電弧焊、氣體保護焊和高能束焊的推薦坡口》（GB/ T 985.1-2008）和《鋼製焊接常壓容器》（NB/ T47003.1-2009）要求的焊接工藝，壓載材料選用密度為4的耐腐蝕複合材料。
燈浮標穩心距與焦面高度和總重量等有著密切的關係，傳統HF2.4-D鋼製深水浮標採用馬鞍鏈雙點系泊，穩心距約在0.6米左右，高焦面桿形燈浮標採用尾端單點系泊，穩心距不宜太小。經過計算，高焦面桿形燈浮標的穩心距為0.486米，足以保證恢復正浮狀態的能力。
總結
通過試用，高焦面桿形燈浮標技術指標合理、性能穩定、目視效果良好，與常規浮標相比具有焦面高、漫漂小、初穩心距大等特點，有效地提升了浮標的助航效能。
