旁靠多浮体动力定位系统数值模拟与研究

发布时间：2017-05-14 11:17

  本文关键词：旁靠多浮体动力定位系统数值模拟与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着深海资源的不断开发和利用，海洋结构物（包括半潜平台，生产油轮）的定位方式的探索逐渐成为研究重点。动力定位由于其成本几乎不随水深增加而增加，操作也较为优化方便日益受到广泛的重视。同时，随着海上资源运输与开采的需要，出现并应用了越来越多的多浮体系统（包括旁靠与穿靠情况）。在波浪中这些系统周围存在着较为复杂的水动力干扰现象，在某些局部波浪会发生放大或遮蔽，对浮体间相对运动和受力的预报变得十分艰难。本文将多浮体旁靠过程中水动力干扰的考虑因素融入到应用动力定位系统的两浮体中。根据实际工程背景，以旁靠的穿梭油轮和浮式生产储油终端为算例，首先探讨两近距离旁靠浮体的水动力干扰特性，主要研究在不同艏相角以及间隔距离的情况下，横荡、纵荡、艏摇三自由度运动相应及二阶波浪力的变化规律，应用频域势流理论，解决其间的水动力干扰问题。在数值模拟过程中，浪向角度以及两船间距离设定一系列不同数值，观察分析不同工况下，，水动力参数以及横荡、纵荡、艏摇三自由度二阶波浪力的变化趋势及规律。得到多浮体旁靠情况下运动的一般规律。其次，将频域的结果转换为时域，将此变化的二阶波浪力考虑到外界环境力中，研究其对应用动力定位系统的穿梭油轮的影响，包括定位精度、以及消耗功率时域结果的变化。最后，考虑几种常见的推进器布置形式，通过比较不同布置形式下，定位精度、消耗功率的时域结果，得到多浮体旁靠情况下较为优化的一种推进器布置形式，形成推进系统的初步优化设计。
【关键词】：旁靠多浮体 水动力干扰 二阶波浪力 定位精度 时域模拟 推进器布置形式
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 动力定位系统12-15
• 1.3 多浮体系统15-18
• 1.3.1 多浮体系统介绍15-17
• 1.3.2 多浮体系统的旁靠与串靠17-18
• 1.4 本论文研究内容18-20
• 1.4.1 研究目的和研究内容18-19
• 1.4.2 本论文创新性19-20
• 第二章 动力定位系统数学模型20-33
• 2.1 动力定位系统概念20-21
• 2.2 外载荷模型21-28
• 2.2.1 风载荷计算21-23
• 2.2.2 流载荷计算23-24
• 2.2.3 波浪力载荷计算24-28
• 2.3 动力定位控制系统模型28-32
• 2.3.1 PID 控制与 Kalman 滤波28-31
• 2.3.2 模糊控制技术31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 多浮体水动力干扰相关理论33-50
• 3.1 旁靠多浮体水动力干扰分析33-36
• 3.1.1 坐标系的定义33
• 3.1.2 多浮体辐射绕射问题33-36
• 3.2 多浮体波浪力分析36-39
• 3.2.1 波浪力及水动力系数36-37
• 3.2.2 波浪漂移力求解37-38
• 3.2.3 运动方程38
• 3.2.4 阻尼的考虑与修正38-39
• 3.3 浮式生产储油终端与穿梭油轮旁靠数值模拟模型39
• 3.4 多浮体水动力干扰数值模拟结果39-49
• 3.4.1 单船运动及波浪力分析40-41
• 3.4.2 双船运动幅值响应分析41-44
• 3.4.3 双船附加质量与阻尼系数分析44-45
• 3.4.4 双船波浪慢漂力分析45-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 旁靠多浮体对动力定位时域结果的影响50-80
• 4.1 波浪慢漂力频域结果转化为时域50-66
• 4.1.1 Newman 近似及相关公式50-51
• 4.1.2 频域结果转时域程序51-53
• 4.1.3 波浪慢漂力时域结果53-66
• 4.1.4 时域波浪慢漂力结果分析66
• 4.2 动力定位系统动态模拟原理66-70
• 4.2.1 运动方程66-69
• 4.2.2 推力模拟方法69-70
• 4.3 时域模拟参数70-71
• 4.4 定位精度及消耗功率时域模拟结果71-78
• 4.5 时域结果分析78-79
• 4.6 本章小结79-80
• 第五章 旁靠多浮体推力器布置形式初步设计80-96
• 5.1 动力定位推进器布置形式80-89
• 5.1.1 常见推力器布置形式80-81
• 5.1.2 推力系统分配策略81-82
• 5.1.3 带舵导管桨推力输出计算82-85
• 5.1.4 推力输出测量试验85-87
• 5.1.5 计算与试验结果对比87-89
• 5.2 旁靠多浮体在不同推力器布置形式下时域模拟89-94
• 5.3 推力器布置方案时域结果分析94-95
• 5.4 本章小结95-96
• 第六章 总结与展望96-99
• 6.1 主要研究工作总结96-97
• 6.2 进一步研究工作展望97-99
• 参考文献99-102
• 致谢102-103
• 攻读学位期间发表的学术论文103

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