拖曳声纳与舰船运动性能影响研究概述

本文的主要目的是概述海上拖曳系统的一般模型，本模型既包含拖体也包含拖缆和拖船。拖体处理为六自由度运动刚体模型。拖缆处理为空间三维非均质系统。拖船则处理为四自由度(进退、横移、偏航、横倾)非线性操纵运动。模型完全是一般的，可以在直角坐标系下预报拖曳系统三维操纵运动性能。包括进行直航和逼转拖曳运动模拟。     

拖航系统操纵运动仿真

采用MMG分离式船舶运动数学模型以及拖缆的悬链线模型,构建了由拖船——拖缆——被拖船组成的拖航系统操纵运动模型。通过数值计算,对该系统进行了操纵运动模拟仿真。主要的仿真项目包括拖航系统改变航向和受到小扰动时的运动。在此基础上研究了影响拖航系统航行性能的诸多因素,这些因素主要有:拖缆的长度、拖航速度、被拖船的拖航点位置。针对浅水效应给予拖航系统的影响以及通过改变PD控制参数改善拖航系统航向稳定性进行的初步探讨,得到了一系列有益的结论。     

拖航系统在风浪中操纵运动的模拟计算

本文建立了风浪中拖航系统（包括拖船－拖缆－被拖船）的操纵性运动的数学模型,并以1940kw拖船与8820t甲板驳以及15760t半潜驳为例,分析了航速、缆长、航重量、纵倾和环境条件对拖航系统的运动与拖缆力的影响。     

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。     

拖航系统偏荡情况的仿真研究

为研究被拖船装载情况对拖航系统偏荡程度的影响,根据分离型建模思想,建立了拖船--拖缆--被拖船的拖航系统数学模型,分析了拖航系统在航行时受力的情况,并利用MATLAB仿真软件,仿真了拖航系统的运动情况,仿真结果表明:拖航速度、拖缆长度、被拖船的载况和浮态等拖航系统自身状态会影响拖航系统的偏荡幅度,同时影响拖缆张力的变化;浅水效应会在一定程度上减小拖航系统的偏荡幅度;风舷角为120°的来风对拖航系统偏荡最明显;斜流时,拖航系统会产生"单偏"现象.这些仿真研究对驾驶员的实际工作有一定的指导价值.     

Z型推进器单拖船傍拖无动力船操纵要点

<正>傍拖指拖船傍靠被拖船舷侧,通过一定数量的缆绳与被拖船紧密连接,对被拖船进行拖带的方法。港作拖船驾驶员常用此方法对无动力船进行近距离航行及靠、离码头操纵。相对于多船拖带,单拖船傍拖改变拖船原有的操纵重心,在实际操纵中给拖船驾驶员带来一些困难。如何安全、有效地操纵拖船,实现对被拖船的相关作业是拖船驾驶员不断研究、探讨的课题。本文以目前常用的Z型推进器拖船为例,对单拖船傍拖无动力船的操纵要点进行相关论述,供同人参考。1 傍拖位置的选择     

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。     

不同模式下拖缆对水下拖体运动姿态的影响研究

水下拖曳体依据其工作模式的不同,可以分为两种:一种是自身没有驱动力,由拖船或是潜艇带动进行拖曳;另一种是拖曳体自身具有驱动力使其自由航行,可看作AUV。在水下拖曳体工作的过程中,与其相连的拖缆在拖体不同的工作模式下会有不同的响应,而拖缆的这种响应又会对与其相连的拖体造成影响。为研究拖缆对水下拖体的影响,结合某拖曳系统的具体参数,运用大型动态仿真软件OrcaFlex建立了潜艇水下360°回转过程中拖曳系统的动力学仿真模型和拖体自航模式下的动力学仿真模型。通过改变水动力系数、拖速、拖缆参数及回转半径等,探究了不同参数对水下拖体的影响,得到了一些比较有价值的结论,可对具体工程有一定的指导作用。     

水下拖体和拖缆运动模型研究探讨

水下拖体运动研究是水下拖曳系统研制的重要内容。文章结合工程实际,基于Newton-Euler方法建立了水下拖体的运动模型,基于有限差分法建立了拖缆的运动模型,在此基础上结合拖缆运动的边界条件建立了系统的运动模型,并给出了相应的仿真算例。从仿真结果可以看出,通过该运动模型,可以很好地研究水下拖体受拖船干扰下的运动情况。该模型的建立对水下拖曳系统的研制来说有重大的参考价值。     

拖船回转操纵中的缆-体系统动力响应计算

采用凝集参数法建立缆-体系统的数学模型,编制了计算缆-体系统运动响应的通用程序,利用该程序计算了拖船回转时的拖体阵位,阐述了拖船回转操纵中缆-体系统的一般运动规律,并对影响拖体阵位的几个参数进行了讨论.     

船舶拖航系统六自由度操纵运动仿真

研究拖航作业操纵运动对于提高拖航作业的安全性有重要意义,采用MMG分离式船舶运动数学模型,结合拖缆的悬链线张力计算模型,建立由拖轮、拖缆、被拖轮组成的拖航系统六自由度操纵运动模型,编制仿真程序,通过数值计算,对该系统操纵运动进行仿真模拟。以拖轮和导管架驳船的拖航运动为例,分析拖缆长度、拖航速度对拖航系统操纵运动及拖航航向稳定性的影响,模拟该系统在风、浪、流影响下的操纵运动,运动数据实时解算,为在视景模拟平台上进行作业预演,规避拖航作业风险提供理论指导。     

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。     

实尺度喷水推进船拖泵工况数值模拟与分析

对于四泵推进的喷水推进船,在巡航工况时中间加速泵通常处于锁轴状态,其拖曳阻力的大小对喷水推进器的选型以及船泵机的最优匹配有着重要影响。然而,拖泵阻力很难通过船模试验的方法获得。为此,该研究在验证均匀和非均匀条件喷水推进器数值模型的准确性基础上,采用数值试验的方法对18节航速下某双泵推进喷水推进船的实尺度"船体+两台喷水推进器"系统带自由液面的流场进行了数值模拟,计算此时喷泵拖曳阻力及其所占船体阻力的百分比。以此喷泵拖曳阻力作为参考,对尺寸与上述喷水推进泵相近的某四泵推进喷水推进船的喷泵进行了选型和设计,并对该船在18节航速下加速泵拖曳阻力的大小进行了计算,进一步验证选型时拖曳阻力取值的合理性。为消除尺度效应的影响采用实尺度模型对"船体+四台喷水推进器"系统带自由液面的非定常流场进行计算,并探索了大尺度条件下船泵系统考虑自由液面和重力影响的非定常计算方法。     

由推进器尾流计算确定动力艇合理牵引间距研究

针对动力艇尾流作用于被牵引船只,造成水阻力增加而使牵引效率下降的问题,提出通过数值模拟方法计算动力艇尾流场,进而确定合理的牵引间距的方法.文章应用理想推进器理论,给出了确定推进器尾流出口横截面面积和喷水流速的方法.在此基础上,通过数值模拟计算推进器尾流场的影响,并通过分析估计出给定牵引航速下的合理牵引间距.该方法可以结合动力艇的拖钩拉力与航速曲线,确定组合体可能达到的最大设计航速.     

船舶拖航系统仿真研究

目前多船辅助定位的拖航作业主要依靠船长的经验,尚无一套有效的控制手段。因此在多船协调作业时,很难实现准确的多船辅助定位。探讨多船辅助定位的拖航系统操纵性的计算方法,对船舶拖航作业系统进行操纵运动的模拟具有一定的现实意义。以MMG分离式操纵性数学模型为基础,结合拖缆的悬链线模型,在考虑各种环境因素的条件下,建立了一个比较完整的拖航系统的操纵性数学模型,通过编制的可视化仿真程序,真实模拟了拖航系统在风、浪、流以及浅水域中的三自由度的操纵运动。     

VS4616型三用工作船箱冷拆卸工艺仿真

随着虚拟仿真技术的不断发展,在虚拟仿真研究平台建设及技术研究的基础上,成功地运用虚拟仿真技术研究成果解决实际船舶建造中的重难点问题,实现了对VS4616AHTS型海洋平台三用工作船箱形冷却器(简称箱冷)拆卸工艺的仿真及验证,基于三维模型对每个箱冷的拆卸路径和运动姿态进行规划,并对拆卸的全过程进行动态干涉检查,生成干涉检查报告反馈给生成设计人员,设计人员对三维综合布置进行优化,直至拆卸工艺顺利通过仿真验证,为该型船的建造和维护提供仿真及验证的技术支持。     

沉管管节浮运过程中波浪附加阻力的水动力学分析

波浪引起的附加阻力是管节海上浮运过程中总阻力的重要组成。采用基于势流理论的水动力学软件AQWA计算了管节浮运过程中的波浪附加阻力。通过建立管节及附属结构的三维有限元模型,确定管节的几何、物理性质,建立湿表 面模型进行水动力学分析。对影响附加阻力的各因素,包括水深、航速、波浪谱及波浪要素等,进行了参数敏感性分析。计算结果表明,采用P-M谱的计算值较采用JONSWAP谱有所不同,附加阻力随水深增加而减小,阻力值与波浪周期及波浪入射角均有一定的关系,与波浪高度的平方成正比,且与拖航速度成正比。     

XJ自升式平台拖航稳性计算方法

针对XJ自升式平台,采用Moses软件建立平台模型,分别计算该平台在油田拖航和远洋拖航时的完整稳性以及破舱稳性。将实际拖航时的稳性情况与数值模拟结果进行对比发现,用Moses简化建模来模拟计算平台拖航稳性所产生的模型误差对最终稳性计算结果的影响较小。