舰船回转拖曳线列阵水听器阵位预测研究

拖曳线列阵水听器阵位定位问题是舰船辐射噪声自监测关键技术之一.论文基于观测基本原理建立了舰船回转拖曳线列阵水听器阵位的观测方程,推导了观测值与阵位参数的关系式.利用水动力学方法得到的舰船回转拖曳线列阵阵位为想定阵形,采用非线性最小方差曲线拟合的Levenberg-Marqudat(LM)算法,预报了舰船回转拖曳线列阵水听器的阵位.通过与想定阵形对比分析,研究了初始阵位偏离度和时间观测标准差等对水听器阵位预测精度的影响和规律.阵位预测的最大偏差出现在水听器阵位的两端,阵位中心点的预测与想定阵位一致,表明所提出的方法可实现仅基于本船信息预测舰船定常回转拖曳线列阵的阵位.     

减速状态下多分枝拖曳线列阵声纳系统的功能有效性

参考某型多分支拖曳线列阵地震探测系统的具体参数,结合装置的工作过程,建立线阵工作过程的三维离散模型。基于水动力分析软件Orca Flex计算研究系统的水动力特性,分析线列阵拖曳母舰减速制动过程中声学段张力及线阵阵型的变化,研讨该型装置在减速状态下功能的有效性。     

基于集中质量法的水下拖曳缆索动力响应分析

以水下拖曳缆索系统为研究对象,建立拖曳缆索的集中质量模型,推导了水下拖曳缆索的动力学方程。采用四阶Runge-Kutta数值积分算法,对水下缆索进行非线性动力响应分析。编制了相应的计算机程序,模拟拖曳缆索系统在匀速直航、横向运动、升沉运动、回转运动条件下,缆索的运动姿态及受力情况。数值分析结果与实验对比表明,集中质量模型对缆索在各种边界条件下的运动激励均有较好的适应性。相比基于有限差分法的数值结果,集中质量模型与实验结果吻合更好。     

一种水下非均质拖曳线列阵动力学仿真方法及试验验证

基于Ablow和Schechter经典差分方法,分析水下非均质拖曳线列阵的受力特性,建立其空间运动控制方程。采用中心差分法和牛顿迭代法对运动控制方程进行离散及时间和空间上的迭代求解,获得水下非均质拖曳线列阵的动力学特性。在此基础上,结合非均质线列阵实尺度模型,设计并开展湖中的实航拖曳试验,分析比较了试验数据与仿真结果。研究表明,本文提出的数学仿真方法有效可靠,可为水下非均质拖曳线列阵动力学特性分析提供一种有效的技术手段。     

一种水下非均质拖曳线列阵动力学仿真方法及试验验证

基于Ablow和Schechter经典差分方法,分析水下非均质拖曳线列阵的受力特性,建立其空间运动控制方程.采用中心差分法和牛顿迭代法对运动控制方程进行离散及时间和空间上的迭代求解,获得水下非均质拖曳线列阵的动力学特性.在此基础上,结合非均质线列阵实尺度模型,设计并开展湖中的实航拖曳试验,分析比较了试验数据与仿真结果.研究表明,本文提出的数学仿真方法有效可靠,可为水下非均质拖曳线列阵动力学特性分析提供一种有效的技术手段.     

海流作用下拖曳线列阵稳态运动性能分析与计算

预测和计算拖曳线列阵的静态构型是拖曳线列阵设计中的重要一环。本文通过分析拖曳线列阵的稳态运动性能,计算海流作用下拖曳线列阵运动的稳态解,分析海流方向、海水密度、拖曳速度对拖曳线列阵稳态运动的影响,为线列阵的初步设计和舰艇的操作策略提供指导。     

海洋缆索对水下航行器的动态响应

海洋水下拖曳系统在海洋资源开发的过程中发挥着越来越重要的作用。海洋拖缆与水下拖体之间的作用相互影响、相互耦合。尤其是当水下航行器质量较小时,这种影响不可忽略。拖曳缆索的形态变化将直接影响水下航行器的运行轨迹。通过对缆索动态偏微分方程在时间上和空间上离散化处理,将无法确定缆索单元长度的问题转化为缆索单元可确定问题,并采用有限差分法进行了求解,得到了航行器直航状态下缆索的几何形态图和回转状态时缆索的几何形态图。通过将结果与实验值进行对比分析,发现在误差允许范围内(10%),这说明建立的缆索动态模型对航行器运动状态进行预测是可行的。     

拖船操纵运动与水下拖曳列阵的耦合运动分析

建立了拖船操纵运动与水下拖曳列阵的三维非线性数学模型,求解了在脐带非线性缆力作用下的运动方程,模拟了拖曳系统在几种典型状态下其缆索的形态变化,以及列阵张力变化。     

拖曳线列阵声呐超视距对水面舰艇定位的方法

讨论了利用拖曳线列阵声呐对水面舰艇进行单舰和多舰超视距定位的原理及方法，并提出了利用拖曳线列阵声呐超视距进行定位的作战使用原则。     

拖曳线列阵声呐及其左右舷分辨方法概述

概述了拖曳线列阵声呐的发展概况,重点总结了国内外拖曳线列阵声呐左右舷分辨方法的发展情况,包括传统单根线列阵左右舷分辨方法、三元水听器组左右舷分辨方法、双线阵左右舷分辨方法和矢量水听器线列阵左右舷分辨方法等。本文对于拖曳线列阵声呐的相关研究具有一定的参考价值。     

海洋拖曳系统的船/缆/体耦合模型研究

为进一步提高海洋拖曳系统在不同情况下运动响应的预测精度,将拖曳母船、拖缆和拖曳体三者视为一个相互作用的整体,利用其耦合边界条件,将拖缆顶端和底端的张力及其产生的力矩,分别与船舶操纵性运动方程(MMG模型)和拖体六自由度运动方程相结合,利用拖缆的有限差分方程,建立了船/缆/体三者耦合模型,进而采用数值计算方法,对比分析了该模型与常规算法。结果表明,该模型考虑船/缆/体三者的耦合影响,可更加准确全面地反映拖曳母船的速度、旋回半径、横摇角等操纵性特征以及拖曳体的深度、姿态等信息所受到的影响,从而为准确预报海洋拖曳系统的运动响应提供更为直观、科学的理论依据。     

二级深拖系统的回转运动特性

相对于一级深拖系统,二级深拖系统具有良好升沉补偿功能,并且较易对拖体进行定深或定高控制。在实际工作中,母船经常需要根据探测情进行回转机动。为了研究母船回转过程中拖体运动规律和拖缆构形的变化情况,采用凝集质量法建立了二级深拖系统的数学模型,计算分析了母船不同回转参数下拖体运动状态的变化规律,得到了拖缆的瞬态和稳态构形图。仿真结果表明,在360°稳态回转和360°单圈回转条件下,母船回转半径、拖曳速度均对一级拖体和二级拖体的深度变化以及稳态特性有显著影响。母船小半径大速度回转时,两级拖体的回转半径和深度变化较大,应予以特别关注。     

拖船回转机动状态下的拖缆暂态分析

拖船直拖到稳态定长回转过程中的拖缆暂态已有研究。对于大半径的拖船回转,Chapman大半径定长回转解法[1],假定拖体轨迹与拖体深度是单调指数关系。对于小半径的拖船回转,拖体的轨迹开始随着拖体深度的波动是一种螺旋线形状,最终趋于Chapman稳态回转值。本文通过定义了一个拖体深度与深度是单调与波动关系,提出了另一种确定Chapman理论大半径与小半径过渡值的方法。在考虑流的影响下的稳态定长回转时,没有求解稳态回转的方法。然而,拖体振幅是拖船回转半径和拖船速度的函数。依据稳态船体回转机动暂态分析来讨论单独360?和单独180?U型回转的动态特性,并得出一些有用的结论。对于某些回转半径而言,拖体所达到的深度比稳态回转所达到的深度大得多。对于180?回转半径小于拖缆长度的回转,拖体深度达不到稳态回转的深度。     

母船垂荡运动下拖缆响应研究

基于弯矩平衡方程和有限元离散单元法建立拖缆离散动力学模型,通过对拖缆离散方程组线性化处理,将非线性动力学方程转化为关于求解角度的线性问题。设定缆绳初始形态,通过时间迭代对方程求解得到拖曳系统稳定运动形态。母船在海面会发生升沉运动,由于母船垂荡运动对水下拖缆的耦合影响,拖曳系统稳定形态受到破坏,拖缆受力发生改变,系统可能处于危险状态。考虑母船垂荡运动的耦合效应,通过MATLAB对拖曳系统进行仿真计算,得到拖缆的运动参数和受力响应情况,对拖曳系统在实际作业中提供参考。     

拖曳系统运动传递计算

由母船、拖缆和拖体构成的拖曳系统,在拖航作业中,母船受风浪扰动发生升沉和纵摇运动,水面扰动沿缆传递至拖体,影响探测设备性能。文中研究的合理简化的母船波浪运动预报模型、结合已有的拖缆动力学计算模型耦合拖体空间运动模型,构造衔接条件和转换关系式,建立较为完整的水下拖曳系统运动传递模型。编制相应计算程序,计算了二段式拖曳方式对扰动的传递,归纳其扰动传递特性。表明该模型可应用于拖曳运动稳定的设计分析。     

水下拖体在回转操纵中的运动仿真模拟

水下拖曳系统为各种内河航道工程,近海港口工程前期的勘探活动提供了一种有效途径,当要求对某个目标进行详细探测时,需要拖船进行回转机动操纵,因此拖体运动轨迹准确位置的预报关系到能否完成对目标的探测。文章采用凝集质量法建立水下缆-体系统模型,编制计算机程序,程序模拟了不同回转半径、不同拖速回转操纵下的拖船与拖体运动轨迹,分析了回转操纵中影响拖体稳态及拖体深度的参数。同时,计算机程序仿真模拟了一个"8"字形拖曳操纵,仿真算例与相关文献进行比较,结果表明此计算机程序具有一定工程实用价值。     

船—缆拖曳系统操纵性能分析

为获取拖船在拖曳时的操纵性的变化规律。文章采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立了六自由度拖船运动数学模型,采用有限差分法,建立了拖缆模型。然后,在此基础上建立将船-缆耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并分别采用龙格库塔方法对船舶运动积分求解,采用后向差分法对拖缆运动进行求解。通过对比仿真计算分析了水面拖船在拖带过程中的加速性能、旋回性能及偏转抑制性能。仿真结果表明在拖船与拖缆的相互影响下,拖船的加速性能和旋回性能有所下降而偏转抑制性能有所增强。     

深海拖曳系统自稳定二级拖体姿态控制研究

二级深拖系统具有可控性强、母船扰动弱等优点,是重要的海洋探测平台。在实际工作中,二级拖体姿态稳定是保证探测数据准确的基本前提。本文以具有自主调节功能的二级拖体为例,对其姿态控制进行研究。首先建立了二级拖缆的“弹簧——阻尼”模型,并在此基础上建立了二级深拖系统的数学模型。其次根据该系统具有非线性、时变性等特点,设计了具有参数自修正功能的模糊自适应PID控制器,以实现在不同工况下对二级拖体的姿态进行控制。仿真结果表明,未加载控制器时,海况变化对拖体姿态有显著影响,其俯仰角和横滚角均会发生大范围波动。加载模糊自适应PID控制器后,拖体通过自主调节,能够使姿态波动控制在较小范围,从而满足工作要求,验证了拖缆数学模型的正确性和所采用的控制方法的可行性。     

海洋地震拖缆阻力试验研究

海洋地震拖缆是海洋油气资源勘探中的重要设备,为研究海洋地震拖缆在拖曳状态以及有横向干扰时的阻力特性,进行了缩比模型实验。基于应变测试技术,设计研发了一套高灵敏度测力机构,用于间接测量拖缆及其附件的首端张力值,以求得拖缆的实际阻力。通过对实测数据比较,分析了拖缆速度及横向干扰对拖缆阻力的影响。实验结果表明,在低速拖曳下拖缆阻力与速度的三次方成正比关系;在有横向干扰时,拖缆阻力可看作无干扰时的平衡力和与干扰频率有关的正弦脉动力的叠加,当干扰频率一定时,脉动阻力幅值与平衡阻力的比值基本为常数。基于以上实验结果,结合量纲分析法,能够对实际拖缆阻力进行较好的估算。     

基于红外测量的船用电缆缆芯温度仿真

以某型船用电缆为对象,根据其导热特点和结构,建立了一个三维导热模型;结合实验测量数据利用有限元方法对其三维温度场进行仿真;在此基础上,利用最小二乘法对电缆内外温差与电流大小关系曲线进行拟合,得出电缆在不同老化程度下内外温差与电流大小的数学关系式;利用该结果结合红外测量,可以方便快速的对电缆缆芯温度进行计算。