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。     

电子罗盘在水下拖体的应用

电子罗盘正广泛应用于各类导航和精确定位系统中,作为水下探测装置的水下拖体,在海洋科学研究领域中的应用也日益广泛.结合水下拖体的设计介绍了PNI公司TCM3三维电子罗盘的特性,详细说明了利用TCM3实现对水下拖体姿态的实时监测以及参数的读取控制.通过浅地层剖面仪系统中TCM3的应用,体现了电子罗盘在水下拖体中的实用性.     

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。     

水下拖曳系统水动力特性的计算流体力学分析

提出了一种新型的水下拖曳系统三维水动力数学模型。在该模型中拖曳缆绳的控制方程由Ablow andSchechter模型给出,Gertler and Hargen的水下运载体六自由度运动方程被用来描述拖曳体的水动力状态。通过对拖曳缆绳和拖曳体的控制方程在连接点处进行边界条件耦合,从而构成整个拖曳系统的水动力数学模型。在研究中,拖曳系统的水动力数学模型通过时间与空间的中心差分方程来逼近,每一时刻拖曳体所受的水动力通过求解Navier-Stokes方程得到。所提出的模型特别适用于拖曳体为非回转体、非流线型的主体,或必须考虑拖曳体各组成部分的水动力相互影响的情况。计算结果与相应的实验室样机试验结果的比较表明,所提出的模型可以有效地预报拖曳系统的水动力特性。利用所提出的水动力模型,对华南理工大学提出的自主稳定可控制水下拖曳体在实际海况下的数值模拟结果显示,所分析的拖曳体具有良好的运动与姿态稳定性,是一种值得开发研究的新型水下拖曳体。     

水下拖索空间形状和张力分布研究

该文建立了拖索在水下拖曳系统中,三维空间的形状和张力分布的数学模型。采用本文的数学模型编程计算了两个工程实例,计算结果表明此数学模型具有一定的理论意义和工程实际价值。     

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。     

水下航行体表面状态细节流动特性数值分析研究

本文采用数值求解RANS方程的方法,对于水下航行体表面状态细节(小突体、孔穴)的流动特性进行了研究.计算详细地给出了航行体带小突体与表面开设孔穴后的阻力与流场,结果表明它们对于航行体水动力性能有明显的影响,在设计中应加以优化处理.     

计及空气介质的水下拖曳系统运动模型及其数值计算

为进一步提高水下拖曳系统运动仿真的准确性,本文建立了计及空气介质的拖曳系统运动模型,并提出了改进的有限差分方法来保证数值计算时的稳定性.仿真和试验表明,考虑空气介质后将进一步改善拖曳张力和缆形的计算精度,以及提高对双拖安全性分析的准确性.     

拖体拖曳稳态纵倾角计算仿真及试验

无动力拖体拖曳过程中,通常对拖体姿态稳定性及稳态角度要求较高。文章给出无动力拖体拖曳过程中稳态纵倾角计算方程,为拖体结构设计提供理论依据,并提出一种动力学及流体力学联合仿真方法,对拖体拖曳稳态纵倾角进行仿真计算。将仿真结果与多次湖上试验的数据进行对比,证明了仿真计算方案可行,且准确性较高,这对今后产品的结构设计、试验方案和设备使用有一定的指导意义。     

侧拖水下回转椭球体波破碎试验研究

本文采用侧拖水下回转椭球体，进行近的波破碎试验，测得七个速度下五个不同侧向位置的波型，并获得模型轴线潜深Ｈ＝０．５６ｍ时，在速度为２．１ｍ／ｓ下出现波破碎。     

内波作用下水下航行体水动力载荷及运动特性研究

中国南海区域海洋内波出现频率较多。海洋内波携带着巨大能量,对于水下航行体的安全航行具有非常大的威胁。为了研究内波对水下航行体的水动力性能影响,该文基于RANS方法和KdV理论建立了分层流中的内孤立波与水下航行体相互作用的数值模拟方法。在对约束模型数值模拟分析的基础上,采用DFBI方法结合重叠网格技术,开展了内孤立波作用下水下航行体自由运动的数值模拟。分析表明,内孤立波与航行体相遇,会使得其周围流场变得异常复杂,从而引起突变的流体动力和运动,对此时的航行安全性应给予极大重视。     

基于CFD的水下拖曳体艉部流场仿真

水下拖曳体的艉部线型是决定其水动力性能的重要特征之一,良好的艉部线型对减小拖曳体的形状阻力系数,提高拖曳航速,减小拖缆的张力等都有积极意义。选用带十字尾翼的水下拖曳体作为研究对象,应用k-ε模型对其艉部流场特性进行精细分析,分析静压力系数Cp沿拖曳体长度方向的分布,并对水下拖曳体与尾翼交接部上游马蹄涡流动的产生及发展过程进行计算,得出拐角区的流线及流场。计算和实验结果表明,所采用的计算模型和方法合理,可在此基础上应用到其他水下拖曳体的外形优化设计中。     

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。     

潜艇双拖系统运动仿真研究

建立拖曳系统运动方程，在时间和空间上作中心差分数值离散平衡方程式，编制拖曳系统运动计算程序。在拖缆尾端自由边界条件中，将尾绳阻力作为自由尾端点的张力，改善了因尾自由端张力为零引起的差分方程奇异性，使仿真计算更加稳定。用潜艇标准操纵性运动方程仿真计算其在垂直面内的操纵运动，将拖点的运动速度转换到拖曳系统局部坐标系中，以此作为拖曳系统的边界条件。仿真计算了潜艇垂直面内两种操舵控制模式下潜浮机动时的双拖系统运动。根据潜艇双拖系统运动仿真计算结果，绘制了双拖系统相交界限图。     

大尺度水下综合试验模型拖曳运动特性研究

大尺度水下综合试验模型采用拖缆实现加、减速过程,为了保证其运行稳定性和安全性,基于简化的刚体-弹性体振动模型,分析水下拖曳航行体系统的特性,给出合适的拖缆预紧力;并分析试验模型运动特性,给出保证试验过程中的运动稳定性和安全性的操舵限制条件。     

水下航行体的K,T与频率特性计算

本文根据水下航行体的侧－滚运动方程组，经拉普拉斯变换，求解运动在数的传递函数，并用时域分析法与频率分析法，最后给出了四阶系统的操纵性指数，ＫＴ，计算方法与下特性的计算方法及其算例，以判别航行体的侧向，横滚方向运动的稳定性与机动性。     

水下航行体近海底运动操纵性研究

针对水下航行体近海底航行时的特点,首先建立了水下航行体的操纵运动数学模型,分别从水平面和垂直面两方面来考虑近海底对操纵运动水动力的影响,进而数值模拟和分析了水下航行体在近海底运动时的操纵性能变化规律,计算结果表明近海底航行使得其机动性减弱而运动稳定性增强。     

拖体深度影响因素分析

水下拖曳系统在海洋环境与海洋资源调查以及国防建设中有着特殊的用途,在实际工作时,由于不同的需求需调整拖体的定深。调整拖曳深度的方法主要有调整航速、调整动端力和收放拖缆3种方式。本文在建立缆索系统数学模型的基础上,在不同航速下对调整动端力、收放拖缆2种方法进行仿真计算,分析不同情况下拖体定深调整的方法。结论认为在低航速下收放拖缆方法对拖体深度影响较为明显,高航速下调整动端力对拖体深度调整能力较强。