潜水器动态收放缆索过程的动力学仿真研究

调研了解到部分上述高端装备或其他水下平台在水下作业过程中,可能遇到的载荷吊放、载荷拖曳、载荷回收等工况下缆索张力动态非线性变化的问题。基于Ablow提出的缆索偏微分控制方程,通过在采用有限差分法求解过程中动态调整缆索微元的长度进行缆索收放过程仿真,建立了潜水器-缆索-载荷三者间相互耦合的动力学模型,并基于建立的仿真方法对潜水器拖曳载荷进行变深度航行、潜水器变深度直航过程中起吊载荷过程中缆索-载荷系统对潜水器的影响及缆索自身的动态响应特性进行了研究。结果表明:稳定拖曳过程中,由于缆索-载荷系统的阻力,导致速度降低;拖曳起吊过程中的缆索张力变化明显,且缆索张力对收缆的速度变化敏感;拖曳稳定航行段潜水器速度与理论值一致,表明了本文方法的正确性。

基于FAST馈源支撑系统的索牵引并联机构的力学分析

对FAST(500米口径球面射电望远镜)馈源支撑系统中的索牵引并联机构进行了力学分析。首先,在考虑钢索自重及弹性变形的情况下,建立了静力平衡状态单根钢索的悬链线模型;然后,采用绝对节点坐标法对变长度单元进行描述,进一步得到整根钢索的动力学模型;利用钢索与馈源舱之间的约束以及钢索出索点的约束得到六索牵引并联机构的动力学方程;对建立的索牵引并联机构的动力学模型进行数值计算和仿真,并将FAST实际运行中的钢索速度代入模型中进行验证。仿真结果表明了钢索动态特性对馈源舱位姿的影响,并且馈源舱位姿的仿真数据和实际观测数据趋势相吻合,最大相对误差不超过20%。