“白龍”浮標(biāo)標(biāo)體設(shè)計及動力學(xué)分析.pdf

1、小型深海資料浮標(biāo)作為一種海洋觀測平臺,是人們認(rèn)識海洋、探究海洋和開發(fā)海洋的必備工具,在海洋經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著巨大作用。由于浮標(biāo)在深海環(huán)境下受到風(fēng)、浪、流作用的情況復(fù)雜,對其標(biāo)體及系泊系統(tǒng)的設(shè)計不僅要考慮所搭載設(shè)備的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)等因素,而且需要通過計算、仿真等手段分析其動力學(xué)性能。
　　本文以孟加拉灣安達(dá)曼海3000m水深的小型深海資料浮標(biāo)-“白龍”為研究對象,通過浮標(biāo)設(shè)計、仿真分析及實驗測試等手段,完成一款性能較為理想的深海浮標(biāo)的研制

2、工作。
　　作者在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上確定了“白龍”浮標(biāo)實際工作海況,從而設(shè)計了以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、電源系統(tǒng)及控制系統(tǒng)為代表的標(biāo)體各有效載荷方案。根據(jù)類半球形、類圓錐形、圓柱形標(biāo)體的水動性能差異,確定標(biāo)體為類半球形結(jié)構(gòu),進(jìn)而完成標(biāo)體上其他各部件的設(shè)計工作。通過有限元靜力學(xué)計算表明,標(biāo)體在穩(wěn)距、大傾角穩(wěn)性、和靜穩(wěn)性角等方面均表現(xiàn)良好;而動力學(xué)分析結(jié)果顯示:浮標(biāo)垂蕩頻率為3.15rad/s,橫搖頻率為2.99rad/s,

3、很好地避開了海洋譜主能頻率范圍。依據(jù)浮標(biāo)布放及回收中的特殊要求,設(shè)計了單點定錨的繃緊式系泊方案。
　　文中選用ANSYS的AQWA模塊對浮標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行水動力學(xué)分析。仿真分析結(jié)果表明:
　　(1)浮標(biāo)受到的一階波浪力幅值較小,處于錨系許用應(yīng)力范圍內(nèi);
　　(2)橫搖和垂蕩方向的附加質(zhì)量系數(shù)與阻尼系數(shù)曲線在合理范圍內(nèi);
　　(3)200s運動仿真下,浮標(biāo)由二階波浪力引起的慢漂位移較小;
　　(4)浮標(biāo)在JONSW

4、AP海浪譜下RAO響應(yīng)較小,據(jù)此推得浮標(biāo)固有頻率為3.2rad/s,且浮標(biāo)在JONSWAP海浪譜下位移響應(yīng)較小。
　　最后,作者對所研制的“白龍”浮標(biāo)樣機(jī)進(jìn)行了裝調(diào)及近海測試,并成功布放到3000m水深站位。處理分析浮標(biāo)測得的大量數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),“白龍”各系統(tǒng)和標(biāo)體結(jié)構(gòu)總體滿足實際工作需求,但仍有部分細(xì)節(jié)需要改善,為此,提出了進(jìn)一步研究浮標(biāo)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的改進(jìn)方法。
　　本文對“白龍”浮標(biāo)所做的設(shè)計計算、仿真分析及實驗驗證成果對研