波浪作用下平台吊放遥控水下机器人系统共振响应研究

针对平台吊放遥控水下机器人(Remotely operated underwater vehicle, ROV)过程中产生的复杂的共振现象会激发ROV剧烈的摆动和纵荡响应,从而影响下放安全的问题,本文基于Orcaflex软件建立了平台-吊缆-ROV耦合运动系统的数值仿真模型,采用时域分析方法,研究波浪作用下平台吊放ROV过程的空中下放阶段和水中下放阶段的共振响应特性。结果表明:空中下放阶段,单摆共振周期公式可以估算吊缆-ROV系统摆动周期,系统共振周期随缆长增加而不断增大;由于吊缆-ROV系统会同平台发生纵摇的谐振,下放过程中出现共振摆动和纵荡响应尤为剧烈的阶段。水中下放阶段,本文对单摆公式进行了修正,系统摆动周期估算误差低于4%;海水阻尼使系统共振摆角随缆长增加而减小,共振摆动得到明显抑制;流荷载导致吊缆-ROV系统共振周期的增大,且流速越大,共振周期增加越明显。在常见海况下放ROV时,下放过程存在共振区,可通过选择合适的下放速度以减小下放过程中的共振效应。

基于ANN算法的海洋平台动力定位前馈-反馈控制方法

鉴于动力定位控制策略中的前馈控制与反馈控制方法具有不同的优缺点,提出一种基于人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)算法的二阶差频波浪力前馈控制与浮体位置反馈控制相结合的动力定位前馈-反馈控制方法,通过低频波浪载荷的超前预测提前做出反应,并对实时位置信息进行反馈控制以纠正前馈信息的误差及其累积效应,从而实现前馈、反馈两种控制模式的优势互补。对某半潜式平台动力定位模式进行数值仿真,验证所提出的前馈-反馈控制方法的可行性和有效性,与单一的前馈或反馈控制相比,平台动力定位的精度和稳定性得到显著提升。

极浅水大潮差海域漂浮式海上光伏阵列系泊系统优化设计

面向海上太阳能资源开发,提出一种轻量化单层框架式漂浮式海上光伏支撑结构。为应对极浅水、大潮差给漂浮式海上光伏阵列系泊系统设计带来的极大挑战,考虑风、浪、流等环境载荷联合作用,采用时域耦合动力分析方法对漂浮式光伏阵列与系泊系统整体动力响应进行数值仿真,探究不同系泊参数对模块阵列运动响应和系泊缆受力等的影响规律。结果表明,合理选择系泊半径、浮子位置、浮子净浮力和预张力大小等可有效改善漂浮式海上光伏模块阵列的运动响应和系泊缆张力。基于此对系泊系统进行优化设计,并给出满足工程要求的系泊系统设计方案。

半潜式平台垂荡响应抑制措施研究

半潜式平台垂荡响应较大,对生产平台立管和采油树系统的选择、钻井平台钻杆升沉补偿装置等提出更高要求,增大了作业和维护成本。针对这一问题,在传统结构基础上提出了三种新的结构概念:1)在浮筒底部加垂荡板;2)沿立柱外延加垂荡板;3)改变立柱为变截面结构。通过数值分析对各平台模型水动力性能进行比较,结果表明,各新型结构对半潜式平台垂荡起到一定程度的抑制效果。由于在浮筒底部加垂荡板的方案效果比较突出,对该方案进一步做了优化和改进工作,并对平台在南海百年一遇波浪环境条件下的垂荡响应概率密度函数和响应极值进行了预报和对比研究。

海洋工程发展趋势与技术挑战

海洋是生命的摇篮、资源的宝库、交通的命脉和战略的要地,海洋工程是高质量、可持续开发与利用海洋的重要基础和关键支撑。在海洋强国建设及“双碳”目标等政策驱动下,我国海洋工程在全球发展格局中的核心支撑作用日益凸显,也面临着重要发展机遇与技术挑战。本文以我国海洋资源开发重大需求为导向,分析全球发展趋势,明确我国海洋工程发展的现状与短板;在此基础上,重点围绕海洋油气、海上风电、海上光伏、海底采矿及海洋养殖工程五大关键领域,深入分析关键领域所面临的新形势、新趋势及发展机遇。通过梳理其中关键科学问题、优势方向及不足,阐明瓶颈问题及技术挑战,指出重点突破方向,以期为今后的海洋资源开发利用以及海洋工程的发展提供科学指导和参考依据。

风浪流环境要素对半潜式平台气隙响应特性的影响研究

以三维势流理论为基础,针对风/浪/流联合作用下系泊半潜式平台的气隙响应特性开展研究,比较分析了波浪单独作用和风/浪/流联合作用对半潜式平台气隙响应特征的影响规律,探讨了风、浪、流等环境要素对半潜式平台气隙响应的贡献,同时开展了半潜式平台气隙响应对环境荷载方向的敏感性分析。结果表明:浪/风、浪/流作用下平台气隙值较波浪单独作用时有所减小,且海流的影响较风的影响更为显著;风/浪/流联合作用时,平台气隙值将进一步减小,出现负气隙的概率更大。对环境要素不同入射角度作用下的平台气隙响应进行对比,发现当荷载45度作用时平台气隙最小,情况最危险。

海洋工程:发展趋势与技术挑战

海洋是地球上远未充分开发的资源宝库,对人类社会的持续发展有着重要的影响和作用。我国是海洋大国,拥有绵长的海岸线、广阔的海洋国土以及上万个岛屿,蕴藏着丰富的海洋资源和广泛的海洋战略利益。