基于载人潜水器的海底铺缆装置

本文分析多种海缆铺设方式,并结合载人潜水器的工作特点,提出了适合载人作业型潜水器搭载海底铺缆装置的深海铺缆作业方式。该方式设置1套海底铺缆装置,搭载于载人作业型潜水器上,通过载人作业型潜水器在近海底的航行机动,海底铺缆装置与载人作业型潜水器的航行机动协调匹配并同步放缆。本文介绍海底铺缆装置的铺缆原理、结构组成、驱动参数计算、液压控制系统,并详细介绍论述海底铺缆作业的实现方式。     

水下航行器近海底铺缆运动仿真研究

使用水下航行器进行铺缆较水面船铺缆有众多优势。为了快速有效地完成铺缆任务,该文对水下航行器近海底铺缆运动进行了仿真研究,分析了放缆速度、相对海流速度和航行高度等参数对铺缆运动的影响。在此基础上,为一台载人潜水试验艇拟定了近海底铺缆试验方案,并成功完成了试验任务。     

高压海缆敷设动力响应与参数敏感性分析

为了准确分析海缆敷设时的动力响应与动态载荷,文章在SESAM/Geni E中建立铺缆船湿表面模型并对模型划分网格,在Wadam中开展铺缆船水动力分析,得到铺缆船的附加质量、辐射阻尼与幅值响应算子。基于绕射理论和Morison理论对敷缆船、高压海缆与波浪间的相互作用进行分析,得到4个典型锚泊布置方案、8种风浪流组合工况下海缆敷设时的有效张力与曲率。针对海缆的长度余量、浪流方向以及系泊缆张力开展了海缆敷设参数敏感性分析,研究参数变化对海缆张力的影响。研究发现,铺缆船在水中的附加质量与黏性阻尼对船体运动有很大影响,在开展海缆敷设模拟时不应忽略。海缆长度余量、风浪流作用方向对海缆的敷设张力影响明显,是保障海缆敷设安全的关键敏感参数。     

海流作用下潜水器运动仿真研究

深海潜水器仿真模拟器成为预报深海潜水器运动的有效工具。深海作业环境复杂,深潜器常常受到海流的干扰作用,本文以某深海潜水器为研究对象,建立海流作用下的深海潜水器运动方程。在仿真过程中,通过MFC对话框可输入干扰海流的信息,从而可模拟研究深潜器在实际航行中遇到海流的运动响应。本文对海流干扰下的直航运动和回转运动进行仿真,通过和无海流工况下的运动进行比较,可以看出海流对横向运动影响较大,为避免横向漂移,深海潜水器顶流航行,可降低海流的影响;海流干扰下的回转轨迹相对静水中产生了较大的横移,但海流对回转直径的影响不显著。该研究可为实际操纵提供参考,具有一定的工程意义。     

作业型载人潜水器通信中继浮标收放绞车的设计研究

介绍了一种适用于作业型载人潜水器收放通信中继浮标的绞车的装置组成、工作原理、驱动参数计算及其液压控制系统。该收放绞车实现了自动排缆,主动放缆,张力保护,被动放缆,承重头锁紧及应急切割功能,确保了在释放回收通信中继浮标过程中载人潜水器的姿态及安全,从而保证载人潜水器在水下的作业安全性和可靠性。     

海底电缆在敷设中的受力分析

探讨了海底电缆（海缆）在敷设过程中的受力情况，分析了作用在海缆上张力的性能、数值计算及其可控性，从而提出了以控制海缆的张力达到控制海缆敷设作业的思路。对海缆敷设作业有一定参考价值。     

海流条件下中性缆缆形及张力的理论研究

文章考虑缆绳经受的法向与切向流体阻力,在自然坐标系下推导了任意海流中缆绳的动力学方程。建立了中性缆在均匀、线性及组合海流作用下缆形与张力的参数表达式。参数表达式给出了对应海流作用下缆形及张力的物理规律,从而为参数迭代求解时迅速收敛指明了数学途径。自行编制程序,算例的定量结果进一步验证了其物理规律,也表明在长缆绳下,忽略切向阻力在工程上是不合适的。     

"海龙-3500"深海潜水器的变长缆运动建模与仿真

仿真并分析了“海龙-3500”深海潜水器(ROV)出中继器后的运动过程。考虑海流的影响,ROV的建模采用通用的动力学模型,轻缆的建模采用凝聚参数法。结果表明,设定的放缆方案是合理的,可作实际操作参考。提供的缆和ROV系统的仿真算法,可用作实际操作前的模拟计算。     

一种新型集成式潜水器吊放回收系统的研制

针对无人潜水器在深海作业前后的吊放回收过程中,存在的效率低、安全性差等问题,提出了一种新型集成式潜水器吊放回收系统。该系统运用集成化的设计思想,实现了系统合理集成及集中控制。所设计的新型纯机械式锁栓装置,实现了潜水器自动对接释放功能;通过巧妙的驱动装置,实现了脐带缆的张力保护及绞车的自动收放;通过巧妙的的排缆装置,有效地实现了脐带缆的自动排布及换层功能。该系统的成功研制,大大提高了无人潜水器的作业效率和作业安全性,对类似潜水器吊放回收系统研制具有重要的参考价值。     

深海载人潜水器的运动仿真与试验验证

深海载人潜水器是海洋开发的前沿与制高点之一,其外形较大且复杂,因而动力学模型高度非线性耦合。以"蛟龙"号载人潜水器为研究对象,建立运动学和动力学模型,首次采用"蛟龙"号在太平洋试验数据对其模型进行仿真计算验证。通过模型仿真结果与实际的下潜数据进行反馈对比,验证其六自由度模型。研究结果可为复杂外形深海潜器的运动仿真、控制调试和航行监测提供参考,具有一定的工程价值。     

海底电缆铺设回泥面的水动力分析

针对实际电缆铺设工程成本过大及耗时太长的问题,基于理论分析和数值模拟对文昌海底电缆铺设回泥面进行比较分析。通过水动力分析软件Orca Flex建立电缆铺设的数值模型,重点讨论吊缆的吊放长度和施工船舶在不同阶段的航行速度对电缆安全性能的影响,根据电缆的最大有效张力和最小弯曲半径对电缆铺设提出相应的建议,得到的结论对实际工程有一定的参考价值。     

基于STAR-CCM+的潜艇周围复杂流场数值模拟

为研究潜艇周围复杂的流场分布,本文基于STAR-CCM+软件平台,结合SST k-?模型,通过求解Navier-Stokes方程,分别对均匀来流以及非均匀来流这两种来流方式下潜艇做直航运动以及斜航运动这四种工况下的周围流场进行数值模拟.首先计算了均匀来流下潜艇做直航运动时不同航速下的阻力以及表面不同位置处压力系数及摩擦阻力系数分布,与实验结果符合良好.接下来对四种工况下潜艇周围流场中的漩涡分布,尤其对位于指挥台围壳与尾翼这些附体附近区域的漩涡分布进行了分析,同时还计算了非均匀来流情况不同速度分布形式下潜艇的受力以及力矩,为潜艇平台回收AUV时路线选择提供参考.     

潜艇舷外机电作动系统研究

潜艇机电作动系统用于电缆绞盘驱动、浮标布放与回收等,与传统液压系统相比,机电作动系统具有所占空间小、重量轻、节能等特点。本文结合阿特拉斯电子英国分公司开发潜艇舷外机电作动系统的情况,探讨使用核潜艇（三相交流电）和常规潜艇（电池直流电）上不同类型电源的机电作动系统的优缺点。在提高控制能力、功率与重量/空间比、建立冗余等多个方面,比较预制电机、无刷直流电机和同步交流电机的各自特点。在机电作动系统的设计过程中,还要考虑环境及集成因素的影响。     

FPSO外输系统动力响应及风险分析

采用水动力分析软件AQWA对由软钢臂式单点系泊FPSO和油轮组成的串靠外输系统的动力响应和安全性进行研究。基于多体方法,建立串靠外输系统的有限元模型,计算4种拖轮拉力和24种作业海况下外输系统的连接大缆张力、两浮体相对艏向角及间距的时间历程,并分析波高、流速、风速、风浪流夹角、连接大缆长度等因素对系统动力响应的影响及动力响应特性。此外,还开展了串靠外输系统的风险分析,计算不同海况下连接大缆失效、船体碰撞和过分相对艏向运动的发生概率。研究结果对串靠外输系统的设计和外输作业具有一定的指导意义。     

海底脐带缆铺设系统动力学仿真及张力补偿研究(英文)

For studying the dynamic performance of subsea umbilical cable laying system and achieving the goal of cable tension and laying speed control,the rigid finite element method is used to discrete and transform the system into a rigid-flexible coupling multi-body system which consists of rigid elements and spring-damping elements.The mathematical model of subsea umbilical cable laying system kinematic chain is presented with the second order Lagrange equation in the joint coordinate system,and dynamic modeling and simulation is performed with ADAMS.The dynamic analysis is conducted assuming the following three statuses:ideal laying,practical laying under wave disturbance,and practical laying with tension compensation.Results show that motion disturbances of the laying budge under sea waves,especially with heaving and pitching,will cause relatively serious fluctuations in cable tension and laying speed.Tension compensation,i.e.,active back tension torque control can restrict continuous tension increasing or decreasing effectively and rapidly,thus avoiding cable breach or buckling.     

敷设阻尼及阻抗失配连接下管母线振动特性分析

随着潜艇设备用电需求的提升,电力电缆的大量使用为艇内空间布置和施工带来了极大的不便。母线槽有其载流量大、重量轻、安装方便等优势特点,若能将母线槽应用于艇内馈电则可解决以上问题。但潜艇有着异于上述工程结构的工作环境,应用设计时需对其振动噪声进行控制。文章结合管型母线槽与管路的结构相似性,从敷设自由阻尼层、增加连接部位界面阻抗失配度的角度对管母线进行了结构动力性能设计;分析了敷设阻尼、粘弹夹层软连接对振动能量的吸收、阻隔效果;完成了某典型软连接形式下的振动响应计算,结果表明该抑振设计工况可使管母线的中跨段加速度总振级降低25 dB;探究了内外侧绝缘阻尼层在不同模量、损耗因子及厚度情况下对管母线振动性能的影响,为母线槽振动噪声控制提供了设计支撑。     

船用中压直流单芯电缆集聚敷设磁场分析

为尽可能降低电缆集聚敷设时的磁场强度对舰船磁隐身性能的影响,对中压直流单芯电缆在2种典型排布方式下周围的磁场强度和分布进行仿真计算,确定降低电缆磁场强度的最优电缆排布形式,结合磁化原理分析,得到电缆敷设时与船体结构的最小间距为300mm,该间距可使钢结构不被磁化从而降低电缆磁场强度对舰船磁隐身性能的影响。     

潜艇在海洋密度锋中受绕运动建模与仿真研究

根据分析潜艇通过海洋密度锋区的受力特点,建立潜艇在海洋密度锋中的受力和垂直面运动模型。通过潜艇垂直面运动仿真,分析自由运动、PID操舵控制、操舵加均衡控制和综合运用增速、操舵加均衡控制等情形下海洋密度锋对潜艇纵倾角、潜浮角和升沉运动的影响,结果表明综合运用操舵、增速和均衡进行控制可以更为有效地控制潜艇在海洋锋区航行深度和运动姿态。