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水下拖曳航行器是被广泛应用的水下监测平台。为掌握水下拖曳航行器的水动力及其拖揽姿态,文章通过CFD仿真分析计算其零攻角下的阻力系数,并通过多刚体-球铰模型建立其运动数学模型,分析不同航速下拖曳系统的总拉力、拖缆长度和航行器位置等的参数变化。研究结果表明：随着船舶航速的变化,拖曳系统各项参数变化的差别很大;在200 m深度时,6 kn航速相比4 kn航速的总拉力增加73%,而所需的拖缆长度仅增加1%。该数学模型可对不同航速下的水下拖曳系统的总拉力和拖缆姿态等做出预测,为拖曳系统设计提供技术支撑。 相似文献
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拖曳系统计算中拖缆与拖体的耦合计算 总被引：4，自引：0，他引：4
针对带有水下设备舱的拖曳系统,提出了一种有效的算法,来获得拖曳系统的运行状态。将拖曳系统分成拖缆和水下拖体两个部分,分别建立运动数学模型。拖缆部分的模型以Ablow和Schechter的运动数学模型为基础;拖体部分的模型采用类似潜器的水下六自由度运动方程。将这两部分方程联立,统一求解,解决两个模型之间的耦合问题。经过数值仿真的检验证明算法具有可行性。 相似文献
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水下拖曳升沉补偿系统水动力数学模型研究 总被引：4，自引：2，他引：2
建立变缆长的水下拖曳升沉补偿系统水动力学偏微分方程组和边界条件.拖缆动力学模型基于Ablow and Schechter模型,拖体采用水下运载体六自由度方程模拟,运用有限差分法离散偏微分方程组和牛顿迭代法计算变缆长情况下拖体深度与拖缆各点张力的动态取值.数值计算结果表明采用收放拖缆的升沉补偿方法能够有效削弱母船升沉运动对拖体深度和拖缆张力的影响. 相似文献
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为了解复杂海况下风浪对水下拖缆的影响进行了动力学仿真研究。以P-M谱作为海浪谱密度公式,计算一组不同频率的组成波,采用线性波浪叠加法,计算由波浪引起的空间流场速度及加速度,推导叠加波的干扰力,将不规则波引入水下拖缆动力学模型中,采用四阶龙格库塔积分法对动力学模型进行数值求解,讨论拖缆在不同海况下的动力特性。结果表明,随着海况等级的提高,叠加波的频率范围逐渐降低,拖缆的垂向偏移量以及拖点处张力均会产生明显增加及波动,且其波动周期接近叠加波的平均周期;在不同浪向角的作用下,拖缆波动规律与规则波作用下类似,但也具有一些不规则波的特点。 相似文献
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针对海洋测量水下拖曳设备位置确定问题,综合考虑拖缆受力、海流影响以及水下拖体的运动性质,建立了水下拖曳设备的位置计算模型,并仿真计算分析了测量船在不同航行状态下拖曳设备位置确定的规律,探讨了不同海流效应对拖曳设备位置确定的影响。仿真计算结果表明,在海洋动态环境作用下,拖缆各方向的偏移明显呈曲线形状,非简单几何运算所确定。测船各方向的运动均可对水下拖体的位置在相应方向产生一定影响,而水下拖体位置的变化量小于测船拖点位置的变化量。海流对水下拖曳设备定位可造成数米的偏差,需进行相应改正。建议可考虑采取船载式ADCP实时测流辅助水下拖曳设备定位的工作模式。 相似文献
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拖曳线列阵振荡幅值响应特性 总被引：3，自引：1，他引：3
通过欧拉角的变换把拖曳线列阵微元段矢量动力平衡方程在局部坐标系下展开，在时间和空间上作中心差分数值离散平衡方程。将尾绳阻力作为线列阵尾端点的张力，改善因尾端张力为零引起的差分方程奇异性。取有关文献资料中的两个拖曳线列阵进行了拖点振荡响应计算，计算结果与相应文献资料中线性理论的计算和试验结果基本吻合。最后由仿真计算讨论了拖曳线列阵参数变化对拖点垂向和横向的谐振稳态响应特性。计算结果表明影响拖曳线列阵振荡响应的主要参数是由拖缆长度、拖点航速和拖点振荡因频率构成的无因次振荡频率。 相似文献
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对三维潜标拖缆在规则波作用下的动力响应进行了研究,首先基于集中质量法给出了缆绳在规则波作用下的控制方程,然后提出了两种不同类型的自由端边界条件:质点型和艇型自由端边界条件,前者把拖体视为作三个自由度线运动的质点,而后者把拖体视为作六自由度运动的艇体,最后用有限差分法进行了数值研究。数值计算结果表明潜标拖缆在规则波的作用下,不仅作近似的简谐振动,还会在横向、垂向产生一个偏移量,该偏移量的大小随浪向角的变化而变化,另外受遭遇频率的影响,振动的幅值也随浪向角的变化而呈现不同的特征。 相似文献
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海况对水下运载器吊放回收的影响 总被引：1，自引：1，他引：1
本文将水下运载器，吊索和母船看作是一个由弹簧连接的单自由度系统，通过对系统进行分析和研究，建立了水下被吊物体在吊索带动下，由吊臂端点运动引起的运动响应的物理模型、数学方程，并编制了各项参数可调的计算机程序以求解水下物体的运动轨迹。运用此程序，对影响参数作系列变化后进行了运动响应计算，并绘制成运动响应随这些参数变化的曲线，为水下吊放回收系统的设计提供了依据 相似文献
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Based on the fundamental equation of flexible cable dynamics for a towed system, an easily solved mathematical model is set up in this paper by means of appropriate simplification. Several regular patterns of spatial motion of towed flexible cables in water are obtained through numerical simulation with the finite difference method, and then modification and verification by trial results at sea. A technical support is provided for the towing ship to maneuver properly when a flexible cable is towed. Furthermore, the relations between two towed flexible cables, which are towed simultaneously by a ship, are investigated. The results show that the ship towing two flexible cables is safe under the suggested arrangement of two winches for the towing system, and the coiling/uncoiling sequences of the cables as well as the suggested way of maneuvering. 相似文献
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A three-dimensional model of a two-part underwater towed system is studied. In the model, the governing equations of cables are established based on the Ablow and Schechter method. The boundary conditions for the two-part underwater towed system are derived. The six-degrees-of-freedom equations of motion for submarine simulations are adopted to predict the hydrodynamic performance of a towed vehicle. The established governing equations for the system are then solved using a central finite difference method. In this paper several algorithms are used to solve this special form of finite difference equations. The results in this paper indicate that the two-part underwater towed system improves the dynamic behavior of the towed vehicle and is an easy way to decouple the towing ship motion from the towed vehicle. Because the model uses an implicit time integration, it is stable for large time steps and is an effective algorithm for simulation of a large-scale underwater towed system. 相似文献
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波浪作用下缆船拖带系统非线性运动数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
基于船舶操纵性运动方程和拖缆的三维动力学运动方程,提出了被拖点位置匹配的方法,建立了拖船—拖缆—被拖船系统整体非线性拖带动力学模型。为了考察被拖船航向稳定性与横向稳性的关系以及波浪载荷作用的影响,被拖船采用水平面四自由度运动方程,并引入了波浪的作用力和力矩。拖船采用PD控制方法较真实地模拟了拖船航向改变的运动过程。对一个拖船—拖缆—被拖船系统(5 000 t的拖船和3 000 t的被拖船)在时域内进行了规则波浪作用下拖带运动的模拟,计算结果表明被拖带船舶在波浪中运动呈现运动稳定、不稳定和临界状态3种可能的特性。根据模拟计算结果,认为波浪中拖带航向稳定是被拖带船舶保持稳性的必要条件。 相似文献
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P.J. Wingham 《Ocean Engineering》1983,10(1):1-32
The measured drag characteristics of a variety of cable fairings are reviewed and compared with those of bare cables. The effect of cable inclination angle has been studied and an empirical rule developed for dealing with faired cables, the hydrodynamic properties of which are shown to depend significantly on the section shape of the fairing.Non-dimensional cable functions are tabulated for both bare and faired cable profiles and applied to show how the addition of fairings can improve the towing performance of a given system.Simple formulae are developed for calculating faired cable system properties and for assessing the effect of fish drag on the depression angle. 相似文献
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Flexible segment model （FSM） is adopted for the dynamics calculation of marine cable being laid. In FSM, the cable is divided into a number of flexible segments, and nonlinear governing equations are listed according to the moment equilibriums of the segments. Linearization iteration scheme is employed to obtain the numerical solution for the governing equations. For the cable being laid, the payout rate is calculated from the velocities of all segments. The numerical results are shown of the dynamic motion and tension of marine cables being laid during velocity change of the mother vessels. 相似文献
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采用集中质量法研究了绷紧式系泊系统中系缆由于松弛-张紧过程产生的冲击张力。建立系泊缆绳离散的集中质量模型,对其独立单元进行受力分析并建立了单元的运动方程。给定缆绳上端点简谐激励,通过Ansys中的Aqwa模块,分析了缆绳的运动响应;针对缆绳运动响应过程中的三种状态进行了模拟计算,探讨了冲击张力产生的条件;研究了缆绳初始预张力、上端点激励幅值和频率、拖曳力系数、弹性模量以及单位长度质量对动态张力的影响。研究结果表明:这些影响因素不仅会影响缆绳动态张力的大小,也会对缆绳中的冲击张力产生一定的影响。 相似文献
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本文通过对水下物体在波浪力作用下所受的力的分析，运用流体力学和波浪理论的基本知识，建立了物体的运动方程，并借助于数值计算的方法对运动方程进行求解，从而得出物体在波浪力作用下的运动特性，为水下机器人的吊放回收提供了理论依据。 相似文献