内波观测浮标水动力性能分析与实验研究

内波观测浮标的横摇和纵摇是影响海流观测设备声学多普勒流速剖面仪(ADCP)观测有效性的重要参数。针对所设计的浮标,采用AQWA软件,分析比较了在不同外界载荷下,浮标的横摇和纵摇变化情况。结果表明:在1 m浪高的规律波浪下,周期为4~16 s时,浮标的横摇和纵摇角度均满足仪器有效观测的要求,周期为1~3 s时,浮标会产生较大的横摇和纵摇角度;在不规律波浪下,当波浪高度小于4 m时,浮标运动的有义值都满足要求,当波浪高度大于等于5 m时,浮标的横摇或纵摇角度会超过20°。在南海进行的内波观测实验表明,横摇和纵摇角度均满足有效观测的要求,证明模拟是准确的。

柱形内波观测浮标的设计与稳定性分析

通过海面浮标实现内波流观测数据的实时传输,对于海洋油气开发的内波流预警安全保障具有非常重要的意义。安装在海面浮标上的海流观测设备(如ADCP)对浮标姿态有较高要求,本文设计了48种不同尺寸的柱形观测浮标,采用Solid Works软件和ANSYS Workbench 2020软件,分析比较了在外界载荷相同的情况下,不同外形参数柱形观测浮标的横摇变化情况。分析结果表明:①在保证充足浮体浮力情况下,当浮体高度为1.3 m时,对于所有浮体样品直径,柱形观测浮标在1~20 s周期波浪影响下,其横摇角度均可不超过20°。②当直径不小于0.6 m时,对于所有浮体样品高度,其横摇角度在周期为1~20 s的波浪下均不超过20°;当浮体直径为0.7 m时,柱形观测浮标最稳定,其横摇角度最大不超过10°。③对于48种不同尺寸柱形观测浮标,浮体高度为1.2~1.3 m,浮体直径为0.6~0.7 m时,柱形观测浮标最为稳定。④当浮体高度为1.4 m或1.5 m,直径为0.4 m时,由于高频波浪影响,其最大横摇角度甚至会超过90°,这与柱形观测浮标固有频率与波浪频率发生共振有关。研究结果对于小型浮标设计和表面浮标观测剖面流具有重要的参考意义。