通用抗流动力浮标平台运动特性及阻力研究

发布时间：2020-11-01 00:41

　　 浮标是科研人员搜集海洋水文数据、探测水下目标的常用观测平台,浮标内部通过搭载不同的观测系统和通讯系统实现不同的观测任务。合理优异的浮标构型能够优化载体稳定性,改善浮标对较恶劣海况的适应能力,提高数据测量精度。为使浮标内部系统能够在较温和的外部环境下稳定运行,则浮标载体的运动范围、运动姿态和受力状态都应控制在一定范围内。所以,优化浮标构型提高载体水动力稳性对浮标内部各系统稳定运行有重要意义。本文在自守位声呐定位浮标的基础上提出一种通用抗流动力浮标平台,这种新型浮标没有锚泊设备,采用动力定位,能够解决浮标布放和回收繁琐、费时的问题。本文首先对新型浮标的水动力性能和在波浪中的受力情况进行分析,使用理论计算方法和AQWA软件模拟仿真方法,计算并分析浮标的水动力性能,得出浮标在频域内的一阶波浪力、二阶波浪力和运动响应幅值RAO曲线。为改善浮标载体水动力稳性较差的局面,首先对浮标稳定翼和主尺度对浮标运动响应的影响进行分析,研究稳定翼不同安装位置对浮标垂荡运动的影响,同时分析浮标在不同长、宽和吃水状态下的运动响应变化,为浮标进一步优化改进提供依据。同时本文参考多柱体结构和变截面设计,对浮标提出不同的上部和下部结构外形设计思路,首先是将上部设计成多柱体形式,在相同排水量状态下对比多柱体式浮标和原浮标运动响应;然后在上部和下部中间加入连杆,使用AQWA软件计算连杆不同长度设计方案的浮标水动力稳性差异。最后对浮标在不同航速下的阻力进行计算,对浮标的续航力进行研究。为分析浮标在不规则波中的水动力性能,对浮标在给定海况下的水动力性能进行计算,在对浮标工作海域波浪统计信息分析的基础上,提出12种计算工况。计算分析原浮标和改进浮标在12种海况下的运动响应有义值和最大值,为浮标在海域不同区域布放范围提供参考。借鉴航速对船舶升沉和纵摇运动的影响,分析航速对浮标的影响,研究不同航速下浮标的运动响应。国内外关于动力浮标设计与研究很少,本文通过研究不同因素对通用抗流动力浮标平台水动力性能的影响,对此类新型浮标的优化设计提供技术参考,对其他浮标设计优化具有指导意义和参考价值。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P715.2
【部分图文】：

函数法解决物体在水中的运动响应，模布置源和汇，然后选取适当的格林函数作出计算域内物体运动状态。??以下设定：理想流体为无旋，无粘性，?＝?（ｘ，＿ｙ，ｚ）位置处的流体速度向量厂（孓＞；，２，标系中，速度向量表达式为：??ｄｘ?ｄｙ?ｄｚ??的单位矢量。??ａｐｌａｃｅ方程：??９??

由于本文研究的通用抗流动力浮标平台缺乏试验数据，为验证模拟计算结果的可靠性，??采用相同的方式对海洋资料浮标进行建模和水动力计算，并与参考文献［５３］中试验值对比。??用于验证计算的浮标参数如表３．１所示。浮标模型与网格划分如图３．１所示。???表３．１浮标主要技术参数???参数?设定数值???顶部半径?２＾０１????底部半径?１．８７５ｍ???总尚?３．１ｍ???Ｍ?Ｕｍ????＾?Ｏｌｍ????设计吃水?０．４１ｍ????排水量?５Ａ????重心高度（距基线）?０．５９ｍ????水线面面积?１７．２４ｍ２????转动惯量?９．４ｔ－ｍ２???ｍｍ??图３．１浮标模型与网格划分??参考文献中以势流理论为计算基础对浮标的纵摇和垂荡运动响应幅值进行分析，对海??２１??

近场法的求解结果取决于模型网格划分情况，其求解结果与远场法有一定差距，当求解结??果显示近场法与远场法趋势一致且差距不大时，可以近似认为模型网格划分满足求解要求。??在ＡＱＷＡ模块中对比由远场法与近场法求解所得的二阶波浪力如图３．２所示。从图３．２可??知远场法与近场法求解的结果趋势一致，大小基本一致，可以认为模型划分网格满足计算??要求。??２０００－Ｉ??〇?－?■■■■■■■■■■■■■■？？■籲锖■■镰＿■■暑■魯??－２０００?－??Ｚ?－４０００?－?＼??〇５?＼??§?－６０００?－?＼??？?＼??＾?＿８０００?■?—?Ｎｅａｒ?ｆｉｅｌｄ＇?＼??昏侧」?ｉ－—Ｆａｒ?ｆｉｅｌｄ丨?＼??－?＼??－１２０００?－?、??－１４０００?－??－１６０００?１?＇?１?＇?ｒ?＇?１?＇?１?＊??０?１２?３?４??频率（ｒａｄ／ｓ）??图３．２远场法与近场法求解柱形浮标二阶波浪力??使用ＡＱＷＡ软件计算浮标的幅频运动响应，纵摇和垂荡运动ＲＡＯ曲线如图３．３和图??３．４所示。??２２??
【参考文献】

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本文编号：2864762