随着我国“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国”战略的不断推进,为解决高精密海洋监测仪器装备需求问题,势必推动相关近海海洋仪器的研发。然而,由于缺少低成本、高可靠、使用便利的试验平台对研制仪器进行测试定型,拖延了我国相关装备的研发进程和转化效率,加剧了我国日益增长的精密近海监测仪器供需矛盾。基于此,为响应国家战略层面的要求,推动我国近海海洋仪器试验场发展,本研究基于长江口海域高浊度、富营养盐测试环境条件,对近海海洋试验场测试浮标进行设计及优化研究,为其实际应用提供支撑。本课题主要的研究工作内容如下:(1)经过前期对长江口海域基础海况调研,以唐脑山岛、南槽东、大戢山、九段沙等站点搭建的上海近海海洋环境监测网作为传感器测试浮标的实验场所,结合文献和调研数据进行汇总研究,掌握海洋仪器设备测试试验场温盐等水质参数、风浪流等海况季节性变化规律特点并进行分析。(2)选取合适型号EVA材料作为海上试验场海洋传感器测试浮标的浮体材料,设计了EVA拉伸实验。通过实验,EVA软质材料的硬度、抗拉伸能力与密度成正比,拉伸长度与密度成反比,应力集中撕裂多从边缘或顶点处开始。EVA拉伸实验为传感器测试浮标的浮体选取提供了材料强度数据,密度为65kg/m~3的拉伸强度为366kpa,密度为75kg/m~3的拉伸强度为468.8kpa。(3)由于小型船舶起重装置和操作空间限制,传感器测试浮标在投放时优先采用单耳吊装。建立了直径为1200mm,浮体高度650mm,浮标总重量为234.69kg的测试浮标单耳吊装数学模型,进行受力分析计算得过渡力点x=0.43m,开展压力传感器实验验证分析计算的可靠性。所得浮标承受拉伸强度为265.326kpa,验证了选取75kg/m~3EVA材料的可行性。借助1.2m浮标受力模型形成了直径3m以内浮标的通用校核计算方法,并提出了采用6根螺杆闭环连接优化方案,为测试浮标设计与优化提供了系统的指导。(4)考虑到长江口海域高浊度特点,为观测被测仪器生物附着情况,在测试浮标内部设计卷扬升降装置。卷扬式升降电压实验中,测试电压10.8～13.2V,升降时间为57.4～73.0s/49.4～56.4s,因光伏发电蓄电池电压维持在11.8～12.3V之间,升降时间统一设为70s/53s。经过海上工作实操,存在点触开关被海风侵蚀、钢缆孔磨损、钢缆开丝等现象。提出了螺杆升降优化设计方案,利用螺杆顶端的光杆部位以及底端的弹簧装置消除因电压不同导致升降时间的误差,升降时间设为90s/85s。螺杆升降的强度远高于钢缆材料,在结构上可以规避卷扬升降的弊端,提高了升降装置的可靠性。(5)为了节约经济成本,降低运输、投放、回收难度,本研究设计了一套可以满足所选站点海域的锚系装置并展开测试。锚链与浮标底部支架连接方式采用三根直径为16mm尼龙缆绳和转换扣。锚链采用直径为14mm镀锌无档锚链,估算最大张力为23k N,远小于拉力负荷70.76k N和拉断负荷141.51k N。采用水泥钢筋浇筑锚,体积为0.152m~3,密度为2900kg/m~3,质量为440.8kg。经过海上试验验证,锚系系统能够满足设计要求。