全海深载人潜水器甲板吊放系统总体设计与关键技术研究

发布时间：2017-08-06 13:20

  本文关键词：全海深载人潜水器甲板吊放系统总体设计与关键技术研究

  更多相关文章： 全海深 载人潜水器 吊放系统 关键技术 升沉补偿系统

【摘要】：奥秘无穷的深海,蕴藏着丰富的海底资源,引起了人类探索海洋、认识海洋的兴趣,也激起了世界各国竞相勘探、开发深海资源的欲望。勘探深海资源更需要以高科技手段作为支撑,而深渊潜水器是海洋科学技术最具有前景的前沿和至高点之一,代表着我国海洋科学技术水平和我国综合国力。至我国7000米级深海深潜器“蛟龙”号为我国科技带来巨大贡献后,我国开始把目光转向了11000级全海深载人潜水器的研制中。全海深载人潜水器的吊放和回收是海上操作一项非常重要的工程,它的吊放回收性能将直接影响到海上作业的安全性、可靠性以及作业的效率。由于潜水器及与其相连的配套装置——中继器将随母船做频率、幅值等均不一的周期性升沉运动,母船升沉运动会通过铠装缆或钢缆传递到中继器和潜水器等水下设备,回收过程中,海浪运动对中继器和深潜器的直接影响,在操纵HOV进入中继器过程中十分困难,给深潜器与中继器的对接带来了极大的困难。如果运动幅度过大,对中继器的操控难度会加大,甚至导致中继器或其他设备无法正常工作。高波浪条件下,频率不一的升沉运动将会使中继器与深潜器发生巨烈碰撞,造成深潜器的破坏,严重时将影响载人舱类的人身安全。另外,潜水器与母船均以不同频率、不同幅值等随波浪做升沉运动,导致两者运动方向或速度不一致而出现缆绳张力时而拉紧时而松弛现象,张力过度不均会导致缆绳破坏甚至断裂等居多不良后果。因此,根据不同下潜深度对甲板吊放系统的要求不一样,全海深吊放特定海况下的性能要求,为适用于11000米级载人潜水器的吊放回收,研制一套在特定海况条件下具有足够强度,具有升沉补偿功能,能解决系统缓冲自动对接、带缆张力保护等问题的吊放系统是十分必要乃至至关重要的。本文以上海海洋大学深渊科学技术研究中心正在研制的11000米全海深带缆式载人潜水器(hov)为研究对象,采用理论分析、参数计算和计算机仿真相结合的方法,对吊放系统进行了总体设计和关键技术研究。首先,论文简要阐述了海洋科学和海洋装备的重要性,这体现出我国对全海深载人潜水器研究的重视,从而牵引出潜水器配套作业设备——甲板吊放系统的必要性。同时分析了国内外甲板吊放系统的发展现状及国内外吊放系统的技术上的研究。其次,根据11000mhov的作业要求、hov的结构特征、海况特征以及吊放使用的其他参数,提出了吊放系统门型架部分的性能指标,进行强度、刚度及承载能力等的参数计算,并对其进行了校核。接着使用三维模型软件画出门形架的几何模型,并用有限元软件进行分析;选定门型架的驱动油缸,并对带缆的动力输送装置的参数进行设计。研究表明,吊放系统的重要部件和机构都满足性能指标,而且止荡机构的设计解决了缓冲对接保护这一项关键技术问题。最后,针对在不规则的海浪中,母船随海浪做升沉运动的环境下,潜水器会出现六个自由度的不规则性运动,缆绳时而松弛时而张紧这一现象,考虑到缆绳出现断裂,或与船体发生碰触,危及到人员的安全的后果,提出了被动升沉补偿系统设计的必要性并确立方案,对母船及深潜器的升沉运动建立数学动力学模型,设计计算升沉补偿系统参数,并用AMEsim软件建立液压控制模型以致进行仿真,使用MATLAB仿真的方法,进而分析补偿器的补偿性能。研究结果表明,被动升沉补偿系统满足使用要求,并解决了升沉补偿技术和带缆恒张力保护技术这两项关键技术问题。
【关键词】：全海深 载人潜水器 吊放系统 关键技术 升沉补偿系统
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题的研究背景及意义13-15
• 1.1.1 研究背景概述13-14
• 1.1.2 吊放系统研究意义14-15
• 1.2 国内外甲板吊放回收系统研究现状15-18
• 1.2.1 吊放系统发展现状15-17
• 1.2.2 吊放系统关键技术17-18
• 1.3 本文研究内容18-20
• 第二章 全海深HOV甲板吊放系统结构设计20-45
• 2.1 方案确立20-22
• 2.2 门架受力分析和计算22-25
• 2.2.1 门架组成22
• 2.2.2 门架受力分析22-24
• 2.2.3 变幅缸受力24
• 2.2.4 折叠杆的轴向力24
• 2.2.5 变幅杆的轴向力24-25
• 2.3 门架杆件稳性校核25-26
• 2.3.1 折叠杆稳性校核25
• 2.3.2 变幅杆稳性校核25-26
• 2.4 门架铰座计算26-28
• 2.4.1 变幅杆铰销轴26-27
• 2.4.2 变幅缸铰销轴27
• 2.4.3 变幅杆铰座焊缝27-28
• 2.4.4 变幅缸铰座焊缝28
• 2.5 门架整体三维建模校核计算28-35
• 2.5.1 载荷分解28-29
• 2.5.2 载荷计算29-30
• 2.5.3 几何模型30-31
• 2.5.4 有限元模型31
• 2.5.5 边界条件31-32
• 2.5.6 载荷施加32-33
• 2.5.7 应力及变形33-35
• 2.6 止荡挂钩机构校核计算35-43
• 2.6.1 止荡挂钩机构组成35-37
• 2.6.2 主支架校核计算37-40
• 2.6.3 铠装缆定滑轮校核计算40
• 2.6.4 铠装缆定滑轮销轴校核计算40-41
• 2.6.5 弹簧柱校核计算41
• 2.6.6 挂钩校核计算41-42
• 2.6.7 挂钩安装用销轴校核计算42
• 2.6.8 中继站挂钩用长销轴校核计算42-43
• 2.6.9 止荡弹簧设计43
• 2.7 油缸选型43
• 2.8 本章小结43-45
• 第三章 液压驱动动力参数计算45-50
• 3.1 概述45
• 3.2 主要技术参数45
• 3.3 铠装缆绞车液压驱动动力参数确定45-47
• 3.3.1 铠装缆绞车转速和扭矩46
• 3.3.2 液压马达转速和扭矩46
• 3.3.3 额定工况下的马达工作压差和所需流量46-47
• 3.3.4 在额定工况下泵站电机功率P47
• 3.4 钢缆绞车液压驱动动力参数47-49
• 3.4.1 钢缆缆绞车转速和扭矩47-48
• 3.4.2 额定工况下的马达工作压差和所需流量48
• 3.4.3 在额定工况下泵站电机功率P48-49
• 3.5 液压站驱动动力参数49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 升沉补偿系统关键技术设计50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 升沉补偿系统总体设计50-52
• 4.2.1 系统的组成及工作原理50-51
• 4.2.2 补偿系统油缸的尺寸设计51-52
• 4.3 母船升沉运动的数值模型52-53
• 4.4 深潜器水面动力学分析53-55
• 4.5 被动升沉补偿系统的仿真模型55-57
• 4.6 被动深沉补偿系统的补偿性能分析57-58
• 4.7 本章小结58-60
• 第五章 论文总结与展望60-62
• 5.1 论文总结60
• 5.2 研究展望60-62
• 参考文献62-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文64-65
• 致谢65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘培林;冷文浩;谢俊元;;载人潜水器教控系统的研制[J];江南大学学报;2006年02期

2 王仁华;俞铭华;王自力;李良碧;;大深度载人潜水器耐压壳极限承载力分析[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2006年04期

3 胡勇;赵俊海;刘涛;崔维成;;大深度载人潜水器上的复合材料轻外壳结构设计研究[J];中国造船;2007年01期

4 ;我国研制成功7000米载人潜水器[J];青海石油;2007年03期

5 赵俊海;马利斌;刘涛;崔维成;;大深度载人潜水器浮力块的结构设计[J];中国造船;2008年04期

6 赵俊海;刘涛;马利斌;胡勇;崔维成;;大深度载人潜水器浮力块的加工和安装[J];中国造船;2008年S1期

7 崔维成;徐芑南;刘涛;胡震;杨有宁;胡勇;马岭;;7000m载人潜水器研发简介[J];上海造船;2008年01期

8 张宁;;浅论我国深海载人潜水器的发展趋势及管理体制[J];海洋开发与管理;2008年08期

9 刘峰;崔维成;李向阳;;中国首台深海载人潜水器——蛟龙号[J];中国科学:地球科学;2010年12期

10 李之;;“蛟龙号”载人潜水器[J];现代物理知识;2011年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 祝普强;王晓辉;郭威;刘开周;;载人潜水器信息显示与存储技术[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（2）[C];2008年

2 刘竹青;陈奕宏;曹庆明;;深海载人潜水器推力器噪声性能试验研究[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年

3 刘涛;;深海载人潜水器载人球壳设计中的一些问题探讨[A];2005年船舶结构力学学术会议论文集[C];2005年

4 操安喜;崔维成;;基于响应面模型和遗传算法的载人潜水器耐压球壳优化设计[A];2005年船舶结构力学学术会议论文集[C];2005年

5 崔维成;刘峰;胡震;朱敏;郭威;王春生;;蛟龙号载人潜水器的5000米级海上试验[A];2012年中国造船工程学会优秀学术论文集[C];2013年

6 朱敏;;蛟龙号载人潜水器声学系统[A];中国声学学会第十届青年学术会议论文集[C];2013年

7 祝普强;王晓辉;郭威;刘开周;;载人潜水器水面监控系统[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（2）[C];2008年

8 胡勇;沈允生;崔维成;;深海载人潜水器的坐底分析[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年

9 郭威;王晓辉;肖琼林;祝普强;;载人潜水器数据采集与监控系统[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年

10 俞铭华;王仁华;王自力;李良碧;;深海载人潜水器有开孔耐压球壳极限强度研究[A];2005年船舶结构力学学术会议论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 魏敬民;我国7000米载人潜水器完成总装[N];中国船舶报;2007年

2 记者 向杰;7000米载人潜水器可覆盖99.8%洋底[N];科技日报;2009年

3 记者 罗沙　余晓洁;总设计师揭秘中国“蛟龙”[N];新华每日电讯;2011年

4 记者 陈怡;“蛟龙”号载人潜水器昨下潜6965米[N];上海科技报;2012年

5 记者 严风华;万米载人潜水器有望五年内制成[N];中国船舶报;2014年

6 记者 石玉平;4500米载人潜水器研制工作全面启动[N];中国船舶报;2014年

7 李杨;中国7000米载人潜水器将探秘海底世界[N];北京日报;2007年

8 沈允生;世界最大潜深载人潜水器初露真容[N];中国船舶报;2006年

9 李杨;我国载人潜水器称雄世界[N];中国矿业报;2007年

10 ;中国“蛙人”将潜7000米深海[N];人民日报海外版;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 刘蔚;多学科设计优化方法在7000米载人潜水器总体设计中的应用[D];上海交通大学;2007年

2 操安喜;载人潜水器多学科设计优化方法及其应用研究[D];上海交通大学;2008年

3 谢俊元;深海载人潜水器动力学建模研究及操纵仿真器研制[D];江南大学;2009年

4 付本国;载人潜水器水下对接关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 刘传秀;载人潜水器控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 任康旭;载人潜水器运动控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

3 康建军;全海深载人潜水器甲板吊放系统总体设计与关键技术研究[D];上海海洋大学;2016年

4 马烈;1000米轻作业型载人潜水器概念设计[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 韩海辉;HOV驾驶舱布置方案评估方法研究与应用[D];哈尔滨工程大学;2013年

6 陈承皓;大深度载人潜水器钛合金耐压球壳疲劳可靠性分析[D];上海交通大学;2012年

7 曲文新;载人潜水器耐压壳结构设计与分析[D];哈尔滨工程大学;2013年

8 李浩;第三代全海深载人潜水器阻力性能及载人舱结构研究[D];中国舰船研究院;2014年

，

本文编号：630013