【摘 要】
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随着海洋资源勘探热潮的持续上升,人们对应用于水下生产系统的勘探工具也越来越重视。水下拖曳系统作为一种高效、节能、环保的海洋勘探开发系统,在海洋资源探测、海底地震预报
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随着海洋资源勘探热潮的持续上升,人们对应用于水下生产系统的勘探工具也越来越重视。水下拖曳系统作为一种高效、节能、环保的海洋勘探开发系统,在海洋资源探测、海底地震预报及军事技术研发等领域起着重要作用,故准确预报拖曳系统的运动规律和动态特性对系统在水下正常工作具有重要意义。本文以水下拖曳系统作为研究对象,基于前人的研究理论和计算方法建立一个较完整的拖曳系统运动模型,并对拖体运动稳定性和系统动态响应进行仿真计算。 本文将应用于拖曳系统的研究方法进行对比介绍,指出它们各自的适用范围和研究局限性,确定采用集中质量法建立拖缆的运动数学模型,水下拖体将采用六自由度运动方程进行建模,详细推导了拖缆的外力矢量和外力矩矢量,拖体的各种水动力、海洋干扰力、惯性力及相应的力矩,对系统求解方法进行介绍。通过对水下拖体运动稳定性进行仿真计算,结果表明海况、拖曳速度对拖体纵摇稳定性影响显著,而拖体阻力系数和孟克力矩系数对拖体横摇运动影响显著,对纵摇运动则表现出不敏感性。 文章最后对拖曳系统动态运动进行数值仿真,主要分析了系统的回转运动和耦合响应。通过研究拖体自身附加质量、拖缆长度、拖体尾翼升力系数、阻力系数及拖缆弯曲刚度等对拖体回转特性的影响,得出了拖体回转半径、拖曳深度和拖缆张力的变化趋势。计算结果表明拖体阻力系数、尾翼升力系数增加,导致拖曳回转深度减小,拖体回转半径随拖缆长度增加而减小,且拖体达到稳定回转时间也减小。若拖缆长度维持不变,拖缆末端点达到稳定的拖曳深度所需时间不随海流变化而变化。最后对拖体自主空间回转运动进行仿真模拟,得出不同海流引起拖体空间回转的运动轨迹和回转半径都将发生变化,且海流速度增加导致拖体回转上升的位移和回转周期均增大。文中得到结论对系统设计和工程应用具有一定指导作用。
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