水下拖曳系统的稳态运动分析与设计

为分析水下拖曳系统的稳态运动性能,给出了稳态运动求解方法,并将其应用到拖曳系统 的设计中.对于不同的拖曳形式和条件,拖缆的边界条件被转换为一组关于初始值的显、隐式方程,分别作为初始值和两点边值问题进行求解.通过数值仿真计算,分析了拖缆物理参数变化对系统稳 态运动的影响.结果表明:拖缆的弹性、泊松比的影响在其变化范围内微乎其微,可忽略不计;而阻力系数、拖缆密度及拖曳速度变化对系统稳态运动的影响很大.最后,以具体的拖曳系统定深器设 计和海洋勘探拖曳系统设计为例说明拖曳系统的设计方法,并根据其稳态运行要求,确定了拖曳系 统的参数.     

拖曳水池拖车结构设计与分析

拖曳水池试验是研究船舶性能的基本方法,为满足船舶试验的需要,设计了一种适用于试验领域拖曳水池的拖车结构,简述了拖曳水池拖车的基本组成,建立了基于参数设计的完整拖车三维实体模型,并对拖车抗倾覆稳定性进行校核计算,采用有限元软件建立简化后3种强度和刚度提升方案的拖车模型,采用有限元分析方法分别对其进行强度与刚度分析计算,通过对比不同方案的计算结果,得到相对最优方案的模型参数。经分析计算可知,优化后的模型强度和刚度均能够满足实际需求。     

基于拖曳系统的等温层自适应追踪研究

针对船载多参数拖曳式剖面测量系统,进行了自适应追踪等温层研究.根据拖缆和拖曳体的理论模型,利用海上拖曳试验数据优化3个重要水动力参数,构建了该拖曳系统的半分析(半解析)运动模型.依据感知-决策-执行-反馈的回路控制思路,在实测数据插值的温度场中,模拟拖曳系统运行,利用感知的温度与等温层的温度偏差,自适应给出拖曳体的期望深度;根据拖曳系统的半分析运动模型,利用PI控制算法对该期望深度进行响应,实现追踪等温层.以26.5℃等温层为例,给出了追踪数值算例.     

改进设计的两栖车辆水上性能试验研究

为提高两栖车辆的水上性能，对原车进行了改进设计，对改进设计后的车辆进行了模型静水拖曳试验，分析比较了前后防浪板及翼子板的参数变化对车辆水上性能的影响，得出了实车水上航行阻力，功率和航行姿态等水上性能参数随航行速度的变化曲线，为改进设计提供了可靠的实验数据，实验研究证明，应用前防浪板可以有效地减小阻力，稳定航行姿态，提高水上机动性能。     

自主稳定可控制水下拖曳体的设计及控制性能

针对现有可控制拖曳体控制机构复杂、姿态不容易稳定的缺陷,提出并设计了一种自主稳定可控制拖曳体的样机．该拖曳体主要由可调节攻角迫沉水翼、方向稳定浮体和矩形主体组成,拖曳体的轨迹与姿态控制由主动迫沉水翼以及双尾推进器产生的力和力矩的改变来实现．水动力操纵试验表明：采用前述方法设计的拖曳体具有良好的姿态稳定性和更高的深度操纵效率,对其控制系统的设计要求也大大简化．     

水下拖曳系统收放安全性的模拟计算

为了对置于潜艇尾部的水下拖曳系统在收放缆时的安全性进行评估,计算了螺旋浆和艇体的尾流近场.螺旋桨的计算采用升力面理论涡格法,艇体的计算采用无升力体面元法,并考虑两者之间的相互作用.建立了水下拖曳系统在非均匀流场中的力学模型,用有限差分法计算收放缆时拖缆的姿态.计算结果表明,收放缆时的安全性是有足够保障的.     

拖曳锚嵌入机理及运动特性实验研究

针对拖曳锚的嵌入机理和运动特性,设计并实施拖曳锚模型实验.模型实验系统主要由模型水槽、拖曳系统、测量系统和模型锚板4部分组成.实验采用接触式测量技术,实时测量了拖曳力、拖曳角、拖曳距离及锚板方位角、翻转角和运动位移等多运动参数.通过系统分析锚板的运动参数和嵌入轨迹,结果表明:设计锚胫角增大,对应锚板的方位角、嵌入深度和拖曳力均成倍增加;锚板形态对锚板的拖曳嵌入性能具有重要影响,优化的梯形锚板较矩形锚板的各方面性能均有所提高.由实验验证得出,矩形锚板在土中的行进方向平行于锚板平面;在嵌入过程中,锚板的方位角与拖曳角之和近似为常数.     

基于试验数据优化辨识孤立冰块的流拖曳系数

流拖曳系数是海冰动力学模型中的重要参数,实际海冰运动时受到水流的底面剪切作用和侧面正压力作用,对应的拖曳系数分别为摩拖曳系数和形拖曳系数.利用实验室波流水槽设备,对长方体平底、长方体粗糙底和圆饼形淡水冰试样进行拖曳运动试验,获得26组冰样运动数据.根据这些试验数据,利用动量法原理和优化方法构造了识别摩拖曳系数和形拖曳系数的参数辨识模型,并计算出相应的拖曳系数.在此基础上,引入描述表面粗糙度的两个指标--轮廓支承长度率和轮廓均方根偏差,统计分析了粗糙度指标对拖曳系数的影响.此外还得到摩拖曳系数同冰样长度和吃水深度之比的关系,该关系可用于计算冰山和浮冰的摩拖曳系数.     

考虑自由表面的组合拖曳体阻力计算与设计优化

拖曳体作为一种水下设备,主要用于水下探测、海底地形勘探.其可以按照具体的需求进行设计,故拥有较强的实用性.组合拖曳体具有多个单体,结构复杂,相互干扰之下使得兴波阻力难以计算.因此以一种拥有水上部分的大型组合拖曳体的设计为背景,借助模型拖曳阻力试验,基于CFD理论,使用Star CCM商业软件,配合笛卡尔网格的离散形式,对水面拖曳体的阻力进行计算.通过与试验阻力值的对比,验证了数值算法的准确性.同时,基于计算结果及设计约束条件,对拖曳体结构外形进行优化,并使用数值方法进行了计算,计算结果表明优化后的拖曳体总阻力值有25%的下降.     

拖曳锚在浮式风机中的设计计算方法

海上浮式风电具有广阔的发展前景,而高昂的建造成本是阻碍其发展的关键因素。拖曳锚因其制造和安装成本低廉成为浮式风电锚固基础的一种选择。本文以黏土场地为背景,通过采用经验图表法,理论计算方法以及有限元方法对黏土场地拖曳锚的贯入深度以及承载力进行了计算。结果表明厂家提供的经验方法的计算精度较低,适用于拖曳锚的初始选型;理论计算方法对土体计算参数敏感;有限元分析显示,拖曳锚的埋深是控制拖曳锚承载力的关键因素,根据上述计算结果提出了浮式风机拖曳锚设计计算的流程。计算结果显示,在进行拖曳锚设计计算时需要根据流程并谨慎选择计算参数,以保证工程的安全可靠。     

二体水下拖曳系统的试验研究

介绍了一种将传感器测量法应用于船模试验水池中进行水下拖曳系统模型试验的方法,并借助这一方法探讨了二体水下拖曳系统的水动力性能。试验结果表明：将传感器测量法应用于船模试验水池中进行水下拖曳系统的试验可以取得令人满意的效果,它为水下拖曳系统模型试验提供了一种理想的手段;二体水下拖曳是一种使水下拖体在波浪环境下作业时保持稳定的简便、经济的水下拖曳方式,它能有效地减少拖曳点对水下拖体的波频扰动,保证水下拖体在恶劣的海洋环境下拖曳时的姿态稳定,是一种值得发展的水下拖曳系统。     

多机构控制下的拖曳体三维水动力响应分析

以一种自主稳定可控制水下拖曳体为研究对象,分析匀速拖曳时在迫沉水翼和双尾推进器联合作用下拖曳体的三维水动力响应特性.首先根据已有的单控制机构(迫沉水翼或双尾推进器)作用下拖曳体的拖曳水池样机二维试验数据作为训练样本,采用LMBP算法,建立起基于神经网络理论的自主稳定可控制水下拖曳体水动力数值模型,以此为工具分析在两种控制机构联合操纵下拖曳体的三维水动力特性.数值模拟结果表明:利用这一神经网络模型可以对拖曳体在多机构控制动作下的三维水动力响应进行有效的数值仿真模拟.     

水下拖曳系统缆–船耦合运动模拟

为进一步提高水下拖曳系统在不同情况下的预报精度,将水面拖船和水下拖缆视为一个相互影响的整体进行考虑,计入缆–船耦合影响及拖船自身机动影响,采用数值仿真方法探讨整个系统在桨、舵操纵等机动情况下的运动响应特征.采用经典的MMG模型和集中质量法分别描述水面母船的操纵运动和水下拖缆的动态运动,在此基础上建立船–缆耦合运动及动力边界条件将其耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并采用四阶龙格库塔方法积分求解.通过对比仿真计算分析了包括水面拖船在内的整个系统在各种情况下的运动响应.结果显示：当计入船缆耦合影响后,系统的速度和回转性能有所降低;水下拖缆在系统机动过程中因计入水面拖船而自身运动的影响也会表现出更为符合实际的运动特性.     

导流缆拖曳系统准动态运动建模及仿真

为准确预报分析导流缆拖曳系统的宏观（整体）运动,同时为避免模型过于复杂致方程系数难以准确获取而显得没有实际意义,提出了一个准动态四自由度运动模型以描述导流缆的运动,并采用数值仿真研究方法分析其运动响应特性.根据导流缆微元运动特点,将其运动分解为3个动态平动运动自由度及1个稳态轴向转动运动自由度;并根据集中质量法基本思想,推导给出了具体的四自由度运动控制方程,较为完整地计入了缆张力、流体作用力、重力、浮力及各力矩的作用,并采用四阶龙格库塔方法积分求解方程.通过数值仿真计算,研究了导流缆拖曳系统在不同情况下的运动,并得到了一些有意义的运动响应特性.     

用有限元法求解水下拖缆振动特性

在现代反潜、海洋水文和资源勘测中,拖曳式声呐系统得到了越来越广泛的应用．为了进一步提高拖曳式声呐的工作性能,必须研究水下拖缆的振动特性和控制方法．发展了两种分别适用于忽略和考虑弯曲刚度时拖缆的有限单元,并对单元矩阵进行了推导,编制了相应的有限元计算程序,对不同拖速下拖缆的振动固有频率和模态进行了计算．计算结果表明,本算法考虑了变张力、拖缆弯曲和拖体等对拖缆的影响,使固有频率和振动模态的计算精度得以提高     

牵引火炮非线性有限元隐式动力学分析

研究牵引火炮全发射过程非线性结构动力学有限元建模和分析中的关键问题。建立了某牵引火炮含身管与摇架导轨之间大位移滑动接触的非线性结构动力学有限元模型，运用隐式时间积分动力学方法模拟了该炮发射的后坐一复进过程，获得了炮架关键部位应力、应变和位移的瞬态响应，计算结果与实验测试结果基本一致。研究表明：该文的建模原理和数值模拟策略突破了火炮全发射过程总体结构动态应力分析的瓶颈。利用该文方法可以进一步研究火炮发射时的动态刚强度、冲击振动、结构动态稳定性等问题。