發(fā)布時間：2020-11-01 00:41

　　 浮標是科研人員搜集海洋水文數(shù)據(jù)、探測水下目標的常用觀測平臺,浮標內(nèi)部通過搭載不同的觀測系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)實現(xiàn)不同的觀測任務(wù)。合理優(yōu)異的浮標構(gòu)型能夠優(yōu)化載體穩(wěn)定性,改善浮標對較惡劣海況的適應(yīng)能力,提高數(shù)據(jù)測量精度。為使浮標內(nèi)部系統(tǒng)能夠在較溫和的外部環(huán)境下穩(wěn)定運行,則浮標載體的運動范圍、運動姿態(tài)和受力狀態(tài)都應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。所以,優(yōu)化浮標構(gòu)型提高載體水動力穩(wěn)性對浮標內(nèi)部各系統(tǒng)穩(wěn)定運行有重要意義。本文在自守位聲吶定位浮標的基礎(chǔ)上提出一種通用抗流動力浮標平臺,這種新型浮標沒有錨泊設(shè)備,采用動力定位,能夠解決浮標布放和回收繁瑣、費時的問題。本文首先對新型浮標的水動力性能和在波浪中的受力情況進行分析,使用理論計算方法和AQWA軟件模擬仿真方法,計算并分析浮標的水動力性能,得出浮標在頻域內(nèi)的一階波浪力、二階波浪力和運動響應(yīng)幅值RAO曲線。為改善浮標載體水動力穩(wěn)性較差的局面,首先對浮標穩(wěn)定翼和主尺度對浮標運動響應(yīng)的影響進行分析,研究穩(wěn)定翼不同安裝位置對浮標垂蕩運動的影響,同時分析浮標在不同長、寬和吃水狀態(tài)下的運動響應(yīng)變化,為浮標進一步優(yōu)化改進提供依據(jù)。同時本文參考多柱體結(jié)構(gòu)和變截面設(shè)計,對浮標提出不同的上部和下部結(jié)構(gòu)外形設(shè)計思路,首先是將上部設(shè)計成多柱體形式,在相同排水量狀態(tài)下對比多柱體式浮標和原浮標運動響應(yīng);然后在上部和下部中間加入連桿,使用AQWA軟件計算連桿不同長度設(shè)計方案的浮標水動力穩(wěn)性差異。最后對浮標在不同航速下的阻力進行計算,對浮標的續(xù)航力進行研究。為分析浮標在不規(guī)則波中的水動力性能,對浮標在給定海況下的水動力性能進行計算,在對浮標工作海域波浪統(tǒng)計信息分析的基礎(chǔ)上,提出12種計算工況。計算分析原浮標和改進浮標在12種海況下的運動響應(yīng)有義值和最大值,為浮標在海域不同區(qū)域布放范圍提供參考。借鑒航速對船舶升沉和縱搖運動的影響,分析航速對浮標的影響,研究不同航速下浮標的運動響應(yīng)。國內(nèi)外關(guān)于動力浮標設(shè)計與研究很少,本文通過研究不同因素對通用抗流動力浮標平臺水動力性能的影響,對此類新型浮標的優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)參考,對其他浮標設(shè)計優(yōu)化具有指導(dǎo)意義和參考價值。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P715.2
【部分圖文】：

函數(shù)法解決物體在水中的運動響應(yīng)，模布置源和匯，然后選取適當?shù)母窳趾瘮?shù)作出計算域內(nèi)物體運動狀態(tài)。??以下設(shè)定：理想流體為無旋，無粘性，?＝?（ｘ，＿ｙ，ｚ）位置處的流體速度向量廠（孓＞；，２，標系中，速度向量表達式為：??ｄｘ?ｄｙ?ｄｚ??的單位矢量。??ａｐｌａｃｅ方程：??９??

由于本文研究的通用抗流動力浮標平臺缺乏試驗數(shù)據(jù)，為驗證模擬計算結(jié)果的可靠性，??采用相同的方式對海洋資料浮標進行建模和水動力計算，并與參考文獻［５３］中試驗值對比。??用于驗證計算的浮標參數(shù)如表３．１所示。浮標模型與網(wǎng)格劃分如圖３．１所示。???表３．１浮標主要技術(shù)參數(shù)???參數(shù)?設(shè)定數(shù)值???頂部半徑?２＾０１????底部半徑?１．８７５ｍ???總尚?３．１ｍ???Ｍ?Ｕｍ????＾?Ｏｌｍ????設(shè)計吃水?０．４１ｍ????排水量?５Ａ????重心高度（距基線）?０．５９ｍ????水線面面積?１７．２４ｍ２????轉(zhuǎn)動慣量?９．４ｔ－ｍ２???ｍｍ??圖３．１浮標模型與網(wǎng)格劃分??參考文獻中以勢流理論為計算基礎(chǔ)對浮標的縱搖和垂蕩運動響應(yīng)幅值進行分析，對海??２１??

近場法的求解結(jié)果取決于模型網(wǎng)格劃分情況，其求解結(jié)果與遠場法有一定差距，當求解結(jié)??果顯示近場法與遠場法趨勢一致且差距不大時，可以近似認為模型網(wǎng)格劃分滿足求解要求。??在ＡＱＷＡ模塊中對比由遠場法與近場法求解所得的二階波浪力如圖３．２所示。從圖３．２可??知遠場法與近場法求解的結(jié)果趨勢一致，大小基本一致，可以認為模型劃分網(wǎng)格滿足計算??要求。??２０００－Ｉ??〇?－?■■■■■■■■■■■■■■？？■籲錆■■鐮＿■■暑■魯??－２０００?－??Ｚ?－４０００?－?＼??〇５?＼??§?－６０００?－?＼??？?＼??＾?＿８０００?■?—?Ｎｅａｒ?ｆｉｅｌｄ＇?＼??昏側(cè)」?ｉ－—Ｆａｒ?ｆｉｅｌｄ丨?＼??－?＼??－１２０００?－?、??－１４０００?－??－１６０００?１?＇?１?＇?ｒ?＇?１?＇?１?＊??０?１２?３?４??頻率（ｒａｄ／ｓ）??圖３．２遠場法與近場法求解柱形浮標二階波浪力??使用ＡＱＷＡ軟件計算浮標的幅頻運動響應(yīng)，縱搖和垂蕩運動ＲＡＯ曲線如圖３．３和圖??３．４所示。??２２??
【參考文獻】

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本文編號：2864762