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。     

船舶拖曳潜体回转和收放作业仿真北大核心CSCD

为了对潜体拖曳系统的运动进行预判,并能快速且正确地得到船舶拖曳的潜体在水下不同时刻的位置和缆绳形态图,采用改进的集中质量法对拖曳系统进行数学建模,模拟水下拖曳系统不同工作状态下的运动形态,并对潜体的回转作业和收放作业进行简化。结果显示:水下拖曳潜体做回转运动时,拖曳潜体系统形成闭合的圆形回路;做收放运动时,拖曳系统随着时间的增加长度逐渐增加,从而完成潜体的收放操作。通过对海上船体拖曳系统运动规律的预测,以及对拖体拖曳系统的直航、回转和收放工况的研究,得到了拖曳系统的缆形的实时分布,以及潜深和拖曳潜体系统最大拉力之间的大小对应关系。     

船舶拖曳潜体回转和收放作业仿真

为了对潜体拖曳系统的运动进行预判,并能快速且正确地得到船舶拖曳的潜体在水下不同时刻的位置和缆绳形态图,采用改进的集中质量法对拖曳系统进行数学建模,模拟水下拖曳系统不同工作状态下的运动形态,并对潜体的回转作业和收放作业进行简化。结果显示:水下拖曳潜体做回转运动时,拖曳潜体系统形成闭合的圆形回路;做收放运动时,拖曳系统随着时间的增加长度逐渐增加,从而完成潜体的收放操作。通过对海上船体拖曳系统运动规律的预测,以及对拖体拖曳系统的直航、回转和收放工况的研究,得到了拖曳系统的缆形的实时分布,以及潜深和拖曳潜体系统最大拉力之间的大小对应关系。     

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。     

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。     

采用非线性舵控制的海上船舶拖带稳定性和安全性动态模拟

在非线性弹性拖索拖曳下，对处于风、浪、流中的动力非线性被拖船模型建立了方程，并对被拖船的舵采用非线性控制器，以使其横向运动限制在一个很小的范围。通过对海船模拟分析，检验了所提出的舵控制理论的效果。结果证明，舵控制能有效减少被拖船在不利气候条件下的横荡、首摇以及弹性拖索的张力。     

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。     

均流中悬索的性状及计算

本文得出了用递推法解均流中悬索基本方程组的程序,并给出在水下拖索与深水锚索方面的计算实例。进而作了悬索的归一化分析。借此,一切悬索可归并成仅依赖于一个参量的曲线,该曲线与悬索真实形状几何相似,其相似比依赖于索内张力。 借文中所提供的“归一化悬索图”讨论了诸如提高拖曳器潜深、缩短锚距等实际问题。并提出了利用该图方便地手算任何边界条件下悬索几何形状及其张力的方法。 计算结果与实测符合较好。     

超长斜拉索软硬组合牵引系统安装受力机理

随着斜拉桥跨径的不断增大,传统的牵引工艺已不适合超长超重的斜拉索安装,软、硬组合牵引工艺在千米级斜拉桥的斜拉索安装中得到了广泛的应用。斜拉索在牵引过程中为非静定体系,牵引系统结构受力复杂。以苏通大桥超长斜拉索为例,通过对牵引过程进行仿真分析,对斜拉索软、硬组合牵引系统受力机理进行了探索,对优化牵引系统结构、认识评估牵引系统的施工风险提供参考。     

走锚预报数学模型

本文通过对锚泊船进行受力分析和受力计算，应用船舶操纵基本方程，建立了风流浪等外力作用下，锚泊船在浅水、低速、大漂角中的运动方程。通过对船舶运动与锚链受力及锚链受力与锚抓力之间的关系进行研究，提出了一般运输船单锚泊时，在设定的海况下进行走锚预报的数学模型。并利用计算机对实船进行模拟计算，取得了与实际情况比较符合的效果。本文对研制开发走锚预报器提供了理论依据，对于提高锚泊安全性作了一种新的尝试。     

船用蠕动式连续拖曳行走装置运动分析及优化

为了实现大型海洋工程装备在船舶或浮体等运动物表面的稳定、连续、快速行走运动,对船用蠕动式连续拖曳行走装置进行了研究。介绍了在模拟尺蠖蠕动基础上增加了交替拖曳功能的行走装置运动原理,并设计了相应的机械结构及液压驱动系统。对行走装置进行了运动分析,建立了以被拖体运动速度最大为目标,以液压系统流量限制为约束条件的优化数学模型,对行走装置垂向及横向运动时间进行了优化。最后通过某海底管线铺设装备上配置的行走装置样机试验,验证了其运动性能以及各环节运动时间对被拖体运动速度的影响情况。     

基于载人潜水器的深海敷缆运动仿真

提出了基于载人潜水器搭载海底敷缆装置的深海敷缆作业方式,建立了载人潜水器深海敷缆运动的二维稳态模型,仿真分析了余量敷缆时不同航行速度和放缆速度组合、潜水器相对海流速度、敷设余量、航行高度和海缆重量等参数对敷缆运动的影响。分析发现海缆张力随着敷设速度、潜水器相对海流速度、海缆重量的增大而增大,随着敷设余量的增大而减小;海缆水中位形曲线随着敷设速度、潜水器相对海流速度增大而趋于平缓,随着海缆重量的增大而更加陡峭,放缆速度的变化则对海缆位形曲线无影响;潜水器航行高度的变化对缆形和张力分布都没有影响,只是随着高度的增加,缆形和张力在原来的高度基础上有一定的延伸。     

海流作用下悬浮隧道缆索的运动响应

考虑参数激励频率,利用涡激振动方程,应用伽辽金和龙格库塔数值积分法,计算出不同流速下参数激励对缆索1阶振动的影响;进一步计算隧道—缆索耦合作用下缆索的振动响应。计算结果表明参数激励为缆索固有频率2倍时,缆索响应最大;隧道对缆索振动有明显的抑制作用。     

走锚全损事故及走锚后的应急预案分析

对一起典型船舶受强风暴袭击走锚搁浅进而导致全损事故的事故原因从人、机、环境和管理等方面进行深入分析。鉴于走锚事故频发且后果严重,建议制定船舶走锚后应急预案,特别强调船长在采取起锚重新抛措施前需考量的内容。     

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。     

海上横向补给高架索系统动力学响应研究

基于凝集质量法,把高架索系统离散为凝集质量模型,并将缆索间的接触摩擦引入到动态分析中。参考某高架索系统具体参数,结合海上横向补给施工作业的具体过程,通过必要的简化,利用动力学分析软件OrcaFlex建立了海上横向补给高架索系统过程的动力学模型,得到了高架索系统张力及接触力随时间的变化情况等。计算结果对研究海上横向补给有一定的指导意义。     

深海系缆动张力的超谐动力响应

文章考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,考虑缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,引入单元内张力一致假设,推导出12×12的非线性刚度矩阵,并与有限元软件对接。针对1800m水深平台的系缆,考虑系缆端点垂荡运动,以及端点垂荡、横荡和海流作用两种状态下系泊系统的动力响应。计算结果表明,端点运动和海流作用,引起系缆系统的二倍超谐动力响应,并且随着流速增大,系缆超谐动力响应增大,系缆的超谐动张力分量对于缆索疲劳累积损伤具有重要影响,在系缆疲劳分析时应该予以考虑。     

声学浮标正弦垂直运动抑制及流噪声计算（英文）

The flow noise associated with sinusoidal vertical motion of a sonobuoy restrains its working performance.In practice,a suspension system consisting of elastic suspension cable and isolation mass is adopted to isolate the hydrophone from large vertical motions of the buoy on the ocean surface.In the present study,a theoretical model of vertical motion based on the sonobuoy suspension system was proposed.The vertical motion velocity response of the hydrophone of a sonobuoy can be obtained by solving the theoretical model with Runge-Kutta algorithm.The flow noise of the hydrophone at this response motion velocity was predicted using a hybrid computational fluid dynamics(CFD)-Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) technique.The simulation results revealed that adding the elastic suspension cable with an appropriate elastic constant and counterweight with an appropriate mass have a good effect on reducing the flow noise caused by the sonobuoy vertical motion.The validation of this hybrid computational method used for reliable prediction of flow noise was also carried out on the basis of experimental data and empirical formula.The finds of this study can supply the deep understandings of the relationships between flow noise reduction and sonobuoy optimization.