深海作业平台无动力上浮过程水动力分析及运动仿真研究

本文在-180°~0°攻角范围内,对上浮平台的流场进行了研究,结果表明大攻角下扁平体平台的分离流动及涡系非常复杂,从而造成了相应水动力的强非线性。扁平体平台垂直面内的旋转阻尼大,整个上浮过程呈现以攻角变化为主的运动特点,本文提出了在运动方程中采用“变攻角基准状态”的水动力表达方法,即位置力插值,剩余项采用传统增量模式,从而提高了上浮全过程及稳态解的预报精度。上浮运动的系列仿真揭示了抛载重量、抛载位置、初始状态对上浮全过程的影响规律。本文据此对工程上抛载提出了建议。研究结果表明,该深海作业平台无动力上浮过程具有较好的上浮安全性。

深海作业平台动力定位中的水动力问题分析

本文对某深海作业平台水下悬停作业时动力定位中的水动力问题进行了研究。根据深海作业平台遭遇缓变微速海流、缆绳张力载荷或其它载荷等情况,提出迎流平衡的原地悬停基准状态下的深海作业平台水下动力定位数学模型,阐明不考虑附加质量科氏力的原因,并建议数学模型中水动力采用原地或微速状态下振荡运动进行求解。同时,利用该数学模型对单周期正弦载荷和脉冲力作用下的平台扰动进行仿真研究,给出不同情况下的仿真结果。结果表明:数学模型中的刚体质量科氏力不容忽视;在垂直面内干扰力作用下,无海流环境中平台扰动仿真结果与有海流环境中平台扰动仿真结果接近;当干扰外力引起平台六自由度扰动时,无海流环境下的结果与有海流情况下的相差较大,应直接对考虑海流的数学模型进行求解。

CATIA二次开发在船舶型线出图中的应用

针对CATIA在船舶制图中的高效使用问题,使用VB语言对CATIA进行二次开发,建立界面,可通过输入站距站位数等参数,方便地获取复杂船体的型值点和型线图,并自动导出。该软件高效精确,可省去繁琐易错的人工读取型值表数据的过程,多次成功地应用于船体制图。

旋臂水池试验数值仿真影响因素分析

为了提高基于滑移网格法对旋臂水池试验的仿真精度,以SUBOFF标模为计算对象,对计算域大小、边界层网格厚度、湍流模式、雷诺数等对仿真的影响进行计算对比,发现内部旋转计算域纵向与艇高,外部计算域纵向与艇体距离及计算域大小对计算结果的影响规律。采用realizable k-ε和SST k-ω湍流模式得到的结果相差较小,前者与试验结果更为符合。应用本文方法得到的模拟结果与试验值的误差基本在30%以内,说明数值方法可用于初期方案预选。

基于后验概率SVM的航空发动机滚动轴承状态评估

为了准确地进行航空发动机滚动轴承状态评估,提出了一种基于后验概率支持向量机的航空发动机滚动轴承状态评估方法。首先利用仿真数据建立了后验支持向量机模型,进行了分类试验和后验概率预测验证,然后利用航空轴承失效监控试验系统进行了滚动轴承性能退化试验,得到轴承不同工作状态的振动数据,最后利用获取的试验数据进行了滚动轴承状态评估,充分验证了该评估方法的正确性。

CATIA二次开发在船舶建模与评估中的应用

为提高CATIA在船舶建模评估应用中的效率与精度,使用VB编程语言对CATIA进行二次开发,建立界面,不仅可方便地输入舵参数,快速创建舵和舵踵曲面,而且可设定吃水高度、海水密度、船壳厚度等,以统计主尺度、船形系数和尺度比等多种船体主要要素并自动导出,大幅提高多方案建模与评估的工作效率。给出程序思想和关键程序代码,对相关软件开发具有参考作用。

深海载人潜水器造型设计及其优选方法

受传统潜水器设计方法影响,设计人员对于深海载人潜水器造型设计的关注意识较为薄弱。在保障功能、性能的前提下,合理运用现代工业设计方法,可兼顾设备性能的发挥与产品美感的表达。基于某型号深海载人潜水器的功能需求及特点分析,结合考虑水动力等性能指数,建立并梳理出多个造型设计方向。通过运用多属性决策综合评估的加权和法,对多个设计方案进行性能分析、权重分配、造型迭代及完善,从而评价并优选出最佳方案,以形成深海载人潜水器总体造型的理论外形,为深海载人潜水器造型设计方案的确定提供了优选方法,为方案设计后续阶段的相关工作提供参考。

内孤立波作用下潜水器运动响应数值分析

内孤立波会导致海水等密度面大振幅的垂向起伏,影响潜水器的水下适航性,甚至危及安全性。运用CFD方法开展内孤立波数值造波,并将内孤立波数值解与eKdV理论解进行比较,验证数值造波的准确性。在此基础上,模拟了内孤立波作用下处于3种不同潜深的Suboff缩比模型的运动,详细分析了不同潜深下模型在内孤立波作用下的运动响应规律。结果表明:内孤立波作用下模型运动响应明显,模型处于分层交界面时,模型随内孤立波波面起伏,呈“随波逐流”状态,内孤立波的波幅和波倾角决定了模型的垂荡值和纵摇角;模型处于分层交界面上方或下方时,受内孤立波流场水动力作用,模型也产生了明显的垂荡、纵荡和纵摇;潜深位置不同时,模型的运运轨迹也有明显差异。

潜标缆索系统稳态仿真分析

潜标系统具有结构简单、可长期运行、隐蔽等优点,在海洋环境监测、水声探测和通信等方面广泛应用,而在海流作用下,潜标缆索系统设计不合理可能导致探测设备偏离预定深度或缆索断裂等。在此应用背景下,针对均匀海流条件下潜标缆索系统建立数值仿真模型,采用有限元法编写计算程序;并以某型潜标缆索系统为例,通过改变浮体形状、浮力大小、缆索直径等,分析了不同参数对潜标系统的影响,仿真结果对潜标缆索系统的设计有一定指导作用。

动态PMM实验的数值模拟及线性导数获取方法

PMM(Planar Motion Mechanism)是一种可以较为全面分析水面水下航行体水动力导数的实验机构。该文基于非定常RANS方程和Realizedk-ε湍流模式,并结合重叠网格技术对SUBOFF潜艇动态PMM实验中的纯首摇运动进行数值模拟,获取纯首摇运动中的水动力,并根据多工况结果进行过原点线性拟合处理,获取水动力线性导数。重点针对文献中PMM运动的数值模拟在线性导数的处理方法上存在的问题,详细给出获取线性导数的途径,并提出PMM运动的数值模拟在研究水下低速作业潜器水动力特性方面的优势。

平面运动机构试验CFD仿真影响因素分析

为提高基于重叠网格法的平面运动机构试验的仿真精度,以SUBOFF标模为计算对象,对计算域大小、时间步长、运动频率和湍流模式等参数进行计算对比。结果表明:内部运动区域的大小对计算结果的影响可忽略;综合效率和精度,时间步长取1个周期300步较好;采用Realizable k-ε湍流模式与采用SST k-ω湍流模式得到的结果相差较小,前者与试验结果更为符合;当振幅取0.04 m或0.04 rad时,运动频率取0.1 Hz^0.5 Hz均可,对结果的影响相对较小;单个频率下的结果具有较大的随机误差,需根据多个频率进行线性仿真。采用研究所得方法进行仿真分析,并将仿真结果与试验结果相对比,发现加速度导数、位置导数和旋转导数的误差分别在35%、23%和33%以内,显现出模拟结果具有较高的精度,满足工程初步分析中的精度要求。

潜水器穿越内孤立波运动特性仿真分析

为了对潜水器穿越内孤立波的运动特性进行分析,该文基于操纵性方程和内波流场方程进行数学建模仿真,得到了穿越过程的时历特性。结果表明:在到达波面之前,潜水器已具有较大的掉深、下潜速度和埋艏角。在进入波面上方初期,潜水器会因失重加速掉深;但之后会在负浮力和水动力作用下逐渐抬艏,由下潜转为上浮,掉深也会有所恢复。随着航速增加,穿过内波后,潜水器的深度逐渐减小,甚至高航速时,潜水器会跃入分层界面上方带纵倾定常上浮。在穿越内波过程中,潜水器纵倾角过大的问题较为突出,并且随着航速和内波波幅增大更加严重。潜水器掉深会随内波波幅的增加而增大,随航速的增加则小幅减小。

缆控布放大型负浮力潜器稳态仿真

采用集中质量法建立缆绳稳态分析模型,对不同海流、潜器负浮力和推进器推力下的缆索系统进行了仿真分析。结果表明,高海流环境下潜器的水下偏移距离可达数百米。在大深度布放时,缆绳受到的海流力远大于潜器的受力,潜器阻力优化对提高布放精度的改善有限。增大负浮力可显著减小水下偏移量,但是随着负浮力的增加,其效益递减。潜器偏移量随着推进器推力的增加线性减小,通过插值得到了回到布放点所需的推进器推力,作为推进系统的设计输入。在推动潜器回到布放点的过程中,缆绳张力变化微小,垂向距离海底高度始终在30 m以上,具有较大的安全范围。

缆控布放大型潜器水下钟摆运动仿真

为了对潜器下潜拉动缆绳产生的钟摆下潜运动过程进行研究,采用集中质量法进行缆索系统建模,得到潜器速度、缆绳形态和缆绳张力的变化过程。结果表明:缆绳张力极值发生在收紧缆绳初期,该阶段张力冲击短暂,但是幅值大,可达十几吨。在之后的下潜过程中,缆绳张力较小。整个运动过程中,潜器运动速度较低,在平衡位置的位移振荡幅值也较小,始终处于安全可控的状态。因而,除了初期具有张力冲击过大问题,其余阶段安全问题不突出。当收紧缆绳时,缆绳长度越长或倾角越大,缆绳张力冲击越弱,张力幅值也显著减小。

缆控布放大型载人潜器冲击过程影响因素分析

为了对大型载人潜器下潜拉动缆绳瞬间引发的张力冲击过程进行研究,并分析相关因素的影响规律,采用集中质量法进行缆索系统建模仿真,得到缆绳张力和潜器速度变化过程。结果表明,潜器垂向附加质量、全排水量和缆绳弹性模量对缆绳冲击张力均具有影响,但前者影响微弱,后两者影响程度较强。这3个因素均不会显著改变潜器运动特性,潜器始终处于低速状态。减小缆绳弹性模量是降低冲击张力较为可行和有效的办法。